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第37卷第5期2016年1O月电力与能源637AP1000定子冷却水处理方式及化学控制于淼(中核集团辽宁核电有限公司，辽宁兴城125100)摘要：冷却水的水质对保证发电机组设备的安全运行至关重要，为了确保发电机组设备的安全运行，对发电机内冷水品质的要求越来越高。分析了APIO00核电机组发电机定子冷却水系统化学控制方式，通过对定子冷水系统化学指标的分析，指出了该类机组化学控制存在的不足，提出了有效的水质控制优化方案，对同类核电机组具有重要的借鉴意义。关键词：AP100o；定子冷却水；化学控制作者简介：于淼(1983)，男，工程师，从事核电化学管理工作。中图分类号：TL362文献标志码：B文章编号：2095—1256(2016)05—0637—04TreatmentandChemicalControlofAP1000StatorCoolingWaterYUMiao(CNNCLiaoningNuclearPowerCo．，Ltd．，Xingcheng125100，China)Abstract：Thequalityofcoolingwaterisvitaltoensurethesafeoperationofgeneratingset，thereforeposingincreasinglyhighrequirementforthecoolingwaterquality．ThispaperanalyzesthechemicalcontrolmodeforAP1000nuclearpowergeneratorstatorcoolingwatersystem，pointsoutthechemica1controldeficiencybasedonthechemicalindexanalysis，andproposestheeffectivewaterqualitycontroloptimizationscheme，providingsignificantreferencetothesimilarnuclearpowerunits．Keywords：AP1000；statorcoolingwater；chemicalcontrol大中型发电机组设备普遍采用水一氢一氢冷两台一用一备的冷却器，两台一用一备的过滤器，却方式，发电机内冷水选用除盐水或凝结水作为以及两台一用一备的混床离子交换器。发电机入冷却介质。发电机内冷水是在高电场中作冷却介口、发电机出口和离子交换器出口分别设置有一质，对内冷水的水质要求严格，除了清洁、透明、无个在线监测的电导率计。发电机人口设置有一个机械杂质外，还必须要有足够的绝缘性(即极小的PH计(非在线)，需要投入时投入使用。图1为电导率)，不结垢，并对发电机铜导线和系统无侵APIO00发电机定子冷却水系统流程图。蚀性等，冷却水的水质对保证发电机组设备的安全运行至关重要。为了确保发电机组设备的安全运行，对发电机内冷水品质的要求越来越高，我国电力行业标准DL／T801—2O1O《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》对发电机冷却水水质的要求为：电导率(25℃)小于2．0t~S／cra，PH(25℃)>7．0～9．0，Cu≤2o／~g／L。1AP1000定子冷却水系统配置AP1000发电机定子冷却水系统采用低氧／中性的控制方式。系统补水源为除盐水，水质冲洗合格后全封闭运行。系统配置有一个3．8m。图1AP1000发电机定子冷却水系统流程的定子冷却水箱，两台一用一备的定子冷却水泵，在正常运行时，定子冷却水泵出口流量为\n638于淼：AP1000定子冷却水处理方式及化学控制4000L／min，其中3800L／min的流量经过主回床，补凝结水、精处理出水加氨、加NaOH等方路进入发电机定子线圈，其余200L／min的流量式；因泄露和耐压试验需要，可临时将电导率降至通过旁路管道进入RH-ROH型混床以降低电导0．4>S／cm以下；溶氧仅对pHi8时控制。率，旁路流量大小可通过阀门调节，系统参数如下表2DL／T801-2010{大型发电机内冷却水之表1所示。及系统技术要求》表1AP1000发电机定子冷取水系统运行参数运行参数数值发电机人口导电率／(“S·cm)混床出口电导率／(“s·cm)发电机入口PH值2．2国内其他核电厂定冷水化学控制溶解氧／(g·L)国内其他核电厂定冷水化学控制如表3所发电机出口电导率；示。秦山二期原设计为中性处理，2011年发生定定子冷却水箱氢气压力／kPa定子冷却水泵人口压力／MPa5～0测～∞m一姗子线圈堵塞并进行化学清洗后进行了碱性改造，定子冷却水温度／℃增加了加碱装置。定子冷却水流量／(L·min)表3国内其他核电厂定冷水化学控制离子交换器旁路流量／(L·min)为降低水中的溶解氧，AP1000定子冷却水系统中的定子冷却水箱内充有3O～50kPa的氢气。不同于国内其他电厂在定冷水箱内充氮气以降低溶解氧的通常做法。AP1000的定冷水箱通过一根管道与发电机氢气系统相连，直接引入水3AP1000定冷水化学指标分析箱，与充氮的做法相比更加简便、经济，同样可以实现将水箱内的水与空气隔离降低溶解氧的效铜导线腐蚀反应如下：果。发电机正常运行时，内部的氢气会通过定冷O2+H20+2Cu=Cu2O+20H一(1)水水电接头的软管少量而持续地渗入水中，最终O+H20+Cu—CuO+2OH一(2)聚集在定冷水箱中，因此水箱内的氢气是难以避Cu2O+O2+H2O一2CuO+20H一(3)免的。AP1000的定冷水箱可以直接用这部分氢CO2+H2O—HzCO。一HCO3+H(4)气实现水箱与空气的隔离，仅需在压力高于5OCu2O+2H+2HCO3一一2Cu+2HCO3kPa自动打开释放阀降压，而且可以通过释放阀+H2O(5)的打开频率判断定子线圈的漏氢情况。如果水箱CuO+2H。。+2HCO3一Cu2+2HCO3一+内充氮，随着氢气不断渗入定冷水，水箱内的氢气H2O(6)比例会越来越高，要保证水箱内氮气的纯度，就需反应(1)、(2)、(3)是铜在纯水中的氧腐蚀，随要对水箱持续排气并补充氮气，增加系统运行和着反应的进行，生产的OH一能抑制反应的进行，维护的工作量。反应(4)生成的H中和0H一，促使氧腐蚀不断进行；同时反应(5)、(6)也使有一定保护作用的2国内定冷水行业标准及其他核电厂的CuO和CuO膜溶解，使内冷水中析出Cu，并定冷水化学控制且有利于O。向基体铜扩散，从而加速铜的腐蚀。2．1国内定冷水行业标准3．1pH值对Cu腐蚀的影响2010年，电力行业电机标准化技术委员会对水的pH值直接影响到铜的腐蚀速率，图2《大型发电机内冷水及其系统技术要求》进行升为Cu—HO电位一pH图。从图2可以看出，Cu的版，并于2011年5月1日起执行。新标准明确规腐蚀速率与水的pH值密切相关。一般来说，Cu定如表2所示。在表2中，将pH值由7升至8在HO中的电位在0．1～0．38V范围内，如果水时，铜的腐蚀率可下降为1／6；由8升至8．5时，的pH值小于6．95时，Cu处于腐蚀区，此时Cu腐蚀率下降为1／15；提高pH值可采用Na型混表面很难有稳定的表面膜存在，水的pH值大于\n于淼：AP1000定子冷却水处理方式及化学控制6396．95时，进入钝化区，Cu表面的初始氧化亚铜膜溶解氧与pH协同作用下对Cu腐蚀的影响，能稳定存在，Cu不会出现腐蚀。通常在温度为如图3所示。40~60℃内冷水介质中，铜腐蚀速率较低的pH值范围为7．O～9．1。当pH值大于9．1时，Cu。OPH=7／。}1和CuO保护膜的溶解度重新增加，腐蚀重新加。{快，所以一般控制pH大于9。1／＼／．／．H：8／pnf．、j-～二]I10204O6O100200400100020004000水中含氧量／(gg·L)图3铜的腐蚀速翠与水的pH值及水肿溶解氧含量的关系曲线3．3电导率对铜腐蚀的影响电导率对铜导线的腐蚀有一定的影响，从对铜的腐蚀保护观点来看，冷却水的电导率过低是不利的，图4给出电导率对铜腐蚀影响的试验结一(p．田)_暑／斜唇避曝果。电导率降低，腐蚀速度上升。一般认为其低87654321图2Cu—H2O体系的电位一pH平衡图(25℃)限为1~S／cm，个别电压等级较高机组不应低于在运行中，发电机内冷水pH值受空气中0．5S／cm。水的电导率大于2~S／cm时，铜腐CO。的溶入速度影响。AP1000内冷水控制方式蚀速度趋于平稳。为中性处理方式，缓冲性小，少量C0进入就会电导率为l~S／cm时腐蚀速度最低，电导率使水的pH值急剧下降，最低可降至5～6，此时再降低时，腐蚀速度也会升高。从这些试验结果铜已进入腐蚀区。此外，CO还会与氧联合作可以看出，降低发电机冷却水电导率的控制值，不用，使铜表面的氧化铜保护膜变成碱式碳酸铜，在会改善铜导线腐蚀状况，发电机冷却水电导率的水流冲刷下易剥落，在水中的溶解度也大，所以会控制主要不是由腐蚀而是由绝缘要求决定的。造成冷却水中铜含量大大上升。3．2溶解氧对Cu腐蚀的影响水中溶解氧具有双重性质，在一定条件下是腐蚀性介质，助长铜的腐蚀，促进不稳定的氧化物生成。在另一条件下，溶解氧含量过高和过低对腐蚀有延缓作用。通常溶解氧含量在0．5～2．0mg／L时铜的腐蚀速度最高。25℃时，与空气接触的水中溶解氧含量是1．4～3．2mg／L，温度升高，溶解氧含量下降。内冷水的运行温度为4O～6O℃，因此内冷水系统溶解氧含量处于铜腐蚀区内。在腐蚀发生后，通常在金属表面形成双层结图4水的电导翠对铜腐蚀速翠的影响构的氧化层。温度比较高时，产物的成膜性能不4AP1000定冷水系统运行期间化学控制如低温下的效果好，此时腐蚀产物只有少量附着应对措施及建议在金属材料表面，大部分会脱落下来转入水中。为避免腐蚀，国外限制发电机内冷水溶解氧含量4．1提高pH值运行小于2Og／L或50g／L，《大型发电机内冷水AP1000定冷水系统pH控制指标偏低，《大及其系统技术要求》中将溶解氧含量限制为小于型发电机内冷水及其系统技术要求》中指出将3Ogg／L，AP1000定冷水溶解氧限制为小于2OpH值由7升至8时，铜的腐蚀率可下降为1／6；g／L。由8升至8．5时，腐蚀率下降为1／15；而AP1000\n640于淼：AP1000定子冷却水处理方式及化学控制定冷水系统运行参数要求pH为6～8，为此需在投用RH—ROH型混床降低电导率，将定冷水的控制范围内，尽可能的提高pH值。提高pH值水质控制在电导率为1～5／iS／cm，pH值为7～9可采用Na型混床，补凝结水、精处理出水加氨、的目标范围内，最大程度的降低定子线圈的腐蚀。加NaOH等方式。对于AP1000机组最简单的此外，保证系统严密性，防止水质在运行过程方式为采用Na型混床。中进入CO使pH值降低。Na型混床内装填的是RNa—ROH型树脂，4．2化学定期监督定冷水中Cu离子的含量AP1000定冷水系统可以通过小旁路进入混床，国内其他核电机组对定冷水中铜离子均有限发生如下反应：值及分析频度要求，《大型发电机内冷水及其系统nRNa+M“+一RnM+nNa技术要求》指出定冷水系统铜离子含量应小于XROHA一RxA一_xOH一20~g／I。为此应在化学实验室中采用石墨炉法式中M——铜、铁、氨等阳离子；一电荷数；A——或ICP的方法，定期分析铜离子含量，有效监督氯、碳酸根等阴离子；z——电荷数。系统运行状态。从以上反应可以看出，钠型混床在去除定冷水5结语的阴阳离子的同时生成NaOH，使定冷水变成微碱性，降低铜的溶解度，有效抑制定子线圈的腐蚀。AP1000定冷水系统化学控制方案及参数指AP1000定冷水系统设置有一用一备两台混标，溶氧及pH值的控制不同于国内其他核电机床并各配置有独立的进出口阀门，因此可以在两组，尤其pH值的要求略低于国内标准，存在pH台离子交换器中分别装填RH—ROH型树脂和值偏低导致定子线圈腐蚀速率过快的潜在风险。RNa-ROH型树脂，RH—ROH型混床用于控制电因此，在运行期间，应及时制定应对预案，保证发导率，RNa—ROH型混床用于控制系统为微碱性。电设备的安全稳定运行。通过阀门切换，在定冷水pH值过低时投用RNa—收稿Et期：2016—06—24ROH型混床提升pH值，在定冷水电导率过高时(本文编辑：严加)中国能源研究会发布《中国能源发展报告2016))中国能源研究会近日发布的《中国能源发展报告2o16》显示，2Ol5年我国能源消费总量43．0亿吨标准煤，比2O14年增长0．9，增速比2014年放缓1．3个百分点，是1998年以来最低增速。与此同时，我国节能降耗和生态建设成效显著，能源消费强度明显下降，全国万元国内生产总值能耗下降5．6。2015年我国能源工业投资额合计3．25万亿元，同比增长4．1％。其中，煤炭开采和洗选业投资额连续三年出现负增长，同比下滑14．4，石油和天然气开采业，燃气生产和供应业有所增长，增幅为4．0，石油和天然气开采业和石油加工、炼焦及核燃料加工业投资由增转降，同比分别下降5．7和20．9；电力、热力的生产和供应投资较2014年增长15．7。同时，清洁能源投资总额同比增长17，已经连续第四年居全球清洁能源投资第一大国的位置。值得注意的是，2015年，随着市场化改革的不断深入，我国能源价格与供需的关系愈加紧密。在国际油价持续下跌的情况下，能源价格均出现不同程度下调。展望“十三五”，能源行业改革发展面临诸多挑战以及需要重点关注的问题：一是我国煤炭行业已进入“需求增速放缓期、超前产能和库存消化期、环境约束强化期、结构调整攻坚期”的“四期并存”阶段，短期内煤炭市场供大于求的态势很难改变。企业经营困难、产业集中度低、科技创新能力弱等伴生问题将制约煤炭产业“绿色、清洁、高效”发展。二是受经济增速放缓、气候温和、气价缺乏竞争力等因素影响，我国天然气需求增速明显放缓，天然气市场供应过剩，消费不足局势严峻。居民用气是增加天然气消费的一个重要突破口，而近期的天然气价格始终未触碰居民用气，并且居民用气价格远低于非居民用气价，存在交叉补贴问题。三是电力发展面临的严峻挑战：我国能源资源约束日益加剧，生态环境问题突出，环境承载能力已经达到或接近上限；我国人均用电与发达国家相比仍有明显差距，能源利用效率较低；清洁能源发电缺乏统筹规划和刚性约束。四是“十z．~／il”期间，非化石能源总体呈现出快速发展的态势，但随着经济进入新常态，电力需求总体放缓，能源体制机制约束问题日益突出，弃风、弃光问题加剧、投资建设放缓、价格形成机制不合理等各种发展矛盾凸显。(本刊讯)