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 |
氫 | 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 |
氟 | 防止鋯包殼的腐蝕 | 離子交換器,上充和下泄系統 |
硼 | 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 鋁 鈣 鎂 陽離子電導率 鈉 氨 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。
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。
在採用鋁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。