反應堆水化學參數與控制

核電廠主要關心的水化學參數有:pH值、溶解氧、氫、總氣體、電導率氯化物、氟、硼以及放射性,一共9個。這些參數一般是由化學與容積控制系統來實現控制的。通過離子交換器除鹽,通過氫氣或聯氨除氧。表7-7詳細列出了這幾個參數的信息。表 列出了壓水堆核電廠運行期間典型的水質指標。
核電廠冷卻劑水化學控制的參數
參數
需要進行控制的原因
控制的方法
pH
抑制腐蝕
保護金屬表面的氧化膜
離子交換器,添加氫氧化銨,添加硝酸
溶解氧
抑制腐蝕
添加氫,添加聯氨
清除水中的溶解氧
抑制水的輻照分解
清除水中的溶解氮
防止氫脆的發生
添加氫,穩壓器除氣
總氣體(H2,N2,Ar,O2等)
保護泵,避免氣蝕
監測氣體是否有泄漏
穩壓器除氣,備用水的除氧
電導率
減少結垢
監測腐蝕是否變大
離子交換器,上充和下泄系統
氯化物
防止應力腐蝕
離子交換器,上充和下泄系統
防止鋯包殼的腐蝕
離子交換器,上充和下泄系統
控制反應性
添加硼酸
放射性
監測腐蝕是否增加
監測雜質的情況
監測燃料是否有損傷
監視除鹽的效果
離子交換器,上充和下泄系統
壓水堆核電廠功率運行期間典型的水質指標
項 目
單 位
反應堆冷卻劑
蒸汽發生器二迴路側水
pH
溶解氧
氯離子
氟離子
溶解氫
懸浮固體
pH控制劑、LiOH
硼酸
二氧化矽
陽離子電導率
排污率
25℃
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mL/kgH2O
mg/kg
mgLi/kg
mgB/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
μs/cm(25℃)
mg/kg
mg/kg
m/h
-
≤0.1
≤0.15
≤0.15
25-50
≤1.0
0.4-2.2
0-2300
≤1.0
≤0.05
≤0.05
≤0.05
-
0.2
-
-
9.3~9.8
≤0.0 5
-
-
-
<1.0
-
-
<1.0
-
-
-
<1.0
<0.02
根據pH需要
儘可能最大
pH值對鋼鐵的腐蝕速率的影響如圖 所示。酸性的環境會加速腐蝕,而且Fe3O4會溶解於酸性環境中,進一步破壞氧化保護膜,從而加速腐蝕。因此核電廠的水質通常要避免酸性環境。
pH值對腐蝕速率的影響pH值對腐蝕速率的影響
在不採用硼酸控制反應性的核設施中,pH值一般控制的相對高一點,例如10左右。pH值也不能太高,是太高容易出現鹼性應力腐蝕。
在採用硼酸作為控制反應性的手段之一的核設施中,pH值控制的相對低一點。這主要是因為硼酸是酸性的物質,添加硼酸後pH值會降低,pH值通常控制在5~7之間。
在採用作為結構材料的核設施中,通常控制在酸性的區域,有時還通過添加硝酸來降低pH值。
控制pH值的主要方法是通過添加鋰、銨根陽離子(NH4)或羥基陰離子(OH)。若要添加,需要注意的是一定要添加Li,因為其他的Li同位素會在中子的輻照下產生氚。

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