核電站蒸汽發(fā)生器的化學(xué)清洗及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)-

1、核電站蒸汽發(fā)生器的化學(xué)清洗及現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)摘 要:介紹了核電站蒸汽發(fā)生器三種化學(xué)清洗方法和現(xiàn)場(chǎng)化學(xué)清洗經(jīng)驗(yàn).國(guó)外電力公司認(rèn)為,到目前為止,經(jīng)化學(xué)清洗的60多個(gè)核電站蒸汽發(fā)生器大多數(shù)都是成功的.用化學(xué)清洗方法清除管板上持續(xù)不斷沉積的泥渣和清洗管子與支撐板間隙里的沉積物有明顯效果.關(guān)鍵詞:核電站 蒸汽發(fā)生器 化學(xué)清洗壓水堆核電站運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,蒸汽發(fā)生器傳熱管的腐蝕及其傳熱損失將大大降低核電站的利用率和熱效率.這些問題都來源于蒸汽-水循環(huán)中產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物和鹽類雜質(zhì),隨著給水不斷地將其帶入蒸汽發(fā)生器,大部分腐蝕產(chǎn)物沉積在管板上、支撐板縫隙內(nèi)和管子表面.盡管給水中的鹽類雜質(zhì)下降到g/kg級(jí)水平,但在滯流區(qū)、縫

2、隙區(qū)內(nèi)的雜質(zhì)也能濃縮到腐蝕管子的程度.根據(jù)濃縮雜質(zhì)的種類和位置,管子會(huì)產(chǎn)生不同的腐蝕,例如應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕、凹痕、點(diǎn)蝕和耗蝕.管外壁的污垢層也在不斷增厚,增加了一次側(cè)到二次側(cè)的熱阻,導(dǎo)致了熱效率的下降.腐蝕產(chǎn)物的沉積還會(huì)引起支撐板間隙的堵塞及水位發(fā)生振蕩.為了減輕或消除這些問題,工業(yè)部門多年來一直在研究各種清洗技術(shù),包括機(jī)械清洗、壓力脈沖清洗、縫隙沖洗和浸泡、化學(xué)清洗等.在上述幾種清洗技術(shù)中,化學(xué)清洗被認(rèn)為是一種有效的方法.我國(guó)大亞灣核電站和秦山核電站的蒸汽發(fā)生器屬新一代的蒸汽發(fā)生器,采用了先進(jìn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),更耐腐蝕的傳熱管材料和全揮發(fā)性的水化學(xué)處理.為了保證蒸汽發(fā)生器的可靠性,大亞灣核電站蒸

3、汽發(fā)生器在每次換料停堆期間都要進(jìn)行機(jī)械清洗;秦山核電站也于1998年7月第4次換料停堆后首次機(jī)械清洗了蒸汽發(fā)生器.實(shí)踐證明,機(jī)械清洗可將沉積在管板上的大部分泥渣沖洗掉,但在管束中央尚有十幾毫米厚的泥渣堆,并隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),泥渣堆的高度會(huì)逐漸增高.根據(jù)法國(guó)核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),在運(yùn)行初期,大量泥渣尚未形成像水泥塊狀的泥渣堆以前,應(yīng)配合機(jī)械清洗進(jìn)行化學(xué)清洗,將會(huì)取得很好的清潔效果.1 核電站蒸汽發(fā)生器化學(xué)清洗的特點(diǎn)核電站蒸汽發(fā)生器化學(xué)清洗主要有以下特點(diǎn):1蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的結(jié)構(gòu)會(huì)形成縫隙區(qū)和滯流區(qū).核電站蒸汽發(fā)生器與常規(guī)鍋爐不同之處,是在傳熱管束外側(cè)(不是在管內(nèi)形成自然循環(huán),使水沸騰而產(chǎn)生蒸汽,支

4、撐板與管子的許多縫隙里會(huì)發(fā)生沸騰及干涸現(xiàn)象;二回路來的腐蝕產(chǎn)物會(huì)積聚在管板上而形成泥渣堆,發(fā)生雜質(zhì)的濃縮.由于二次側(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和狹窄,溶劑不易進(jìn)入縫隙區(qū)和泥渣堆,導(dǎo)致化學(xué)清洗困難.2蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)材料與常規(guī)鍋爐不同,幾千根傳熱管材料采用鎳基合金,支撐板為鐵素體不銹鋼,管板和筒體為低合金鋼,在整個(gè)核電站壽期內(nèi),要進(jìn)行多次化學(xué)清洗.所以,采用的溶劑和緩蝕劑對(duì)傳熱管的腐蝕應(yīng)極輕微,對(duì)低合金鋼部件的腐蝕也應(yīng)是輕微的.3蒸汽發(fā)生器內(nèi)不同區(qū)域沉積物的分布不同.如果管外壁沉積100m厚的污垢,大約為50g/m2,一臺(tái)900kW機(jī)組的蒸汽發(fā)生器氧化層為2500kg,由于厚度較薄,對(duì)氧化層的溶解速度很快.而在管

5、板上泥渣堆最多為200300kg,泥渣堆高度可達(dá)200mm,清洗時(shí)需要長(zhǎng)時(shí)間的浸泡溶解.另一方面,沉積物的成分對(duì)不同的核電站也有不同的組合.4蒸汽發(fā)生器的化學(xué)清洗往往安排在核電站的換料停堆期內(nèi),換料停堆的主要工作是更換核燃料,而不是化學(xué)清洗.所以,進(jìn)行定期預(yù)防性的化學(xué)清洗必須要快速,盡量縮短清洗時(shí)間.5蒸汽發(fā)生器的化學(xué)清洗是在核電站放射性的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行,排出液和廢液有可能是帶放射性的.清洗費(fèi)用與被清除的泥渣量和被處理的廢液量有關(guān).2 三種化學(xué)清洗的方法目前,核電站蒸汽發(fā)生器化學(xué)清洗的方法有三種.截止到1996年1 2月已經(jīng)清洗了66個(gè)核電站的蒸汽發(fā)生器.國(guó)外電力公司認(rèn)為,大多數(shù)核電站的化學(xué)清洗是

6、成功的.美國(guó)和加拿大采用了SGOG(蒸汽發(fā)生器業(yè)主集團(tuán)和EPRI(電力研究所的化學(xué)清洗方法,對(duì)26個(gè)核電站的蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了清洗,另外,還對(duì)韓國(guó)和比利時(shí)的2個(gè)核電站的蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了清洗.KWU(西門子電站聯(lián)盟開發(fā)了自己的化學(xué)清洗方法,對(duì)34個(gè)核電站蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了清洗.EDF(法國(guó)電力公司為法國(guó)核電站開發(fā)了一種化學(xué)清洗方法,清洗了4個(gè)核電站的蒸汽發(fā)生器.2.1SGOG-EPRI化學(xué)清洗方法SGOG-EPRI化學(xué)清洗方法包括兩個(gè)基本步驟:一步是清洗四氧化三鐵;另一步是清洗銅和氧化銅.采用溶劑為EDTA.去鐵溶劑的成分:EDTA,10%15%(以下均為質(zhì)量分?jǐn)?shù);聯(lián)氨(N2H4,1%;緩蝕劑(CC

7、I801,0.75%1.0%.溶解四氧化三鐵的條件:溶劑pH值為7,用氨水(NH3·H2O調(diào)節(jié),實(shí)施溫度為95.清洗縫隙時(shí),使用更濃的EDTA(20%,加入緩蝕劑(CCI8011 %.溶劑pH值為6,溫度為150.通過各方面的綜合評(píng)定,特別是對(duì)蒸汽發(fā)生器材料及結(jié)構(gòu)的腐蝕可能性方面的評(píng)定,證明該方法在技術(shù)上是可行的.但它也存在著下列缺點(diǎn):(1緩蝕劑中含硫.但在因科鎳管子化學(xué)清洗試驗(yàn)時(shí)未出現(xiàn)腐蝕的危險(xiǎn)性;(2需要分步來溶解氧化鐵和銅,將有大量的排出液和廢液. 2.2KWU化學(xué)清洗方法KWU化學(xué)清洗方法由2個(gè)清洗工藝組成:高溫去鐵和室溫去銅,去鐵和去銅工藝可以單獨(dú)或結(jié)合使用.去鐵溶劑的成分

8、為NTA(nitrilotri-acetic acid2%6%,具有堿性,實(shí)施溫度為140175.去銅溶劑的成分為NTA2%4%,具有高堿性,用聯(lián)氨和空氣來氧化金屬銅.清除氧化鐵的數(shù)量取決于NTA濃度,溶劑與氧化鐵反應(yīng)變成飽和溶液.清洗溫度低于120時(shí),反應(yīng)速度非常慢,隨著溫度升高而迅速加快.當(dāng)溫度高于260時(shí),溶劑分解成醋酸和銨基化合物,然后分解為二氧化碳和水.殘留溶劑對(duì)蒸汽發(fā)生器無害,并隨著運(yùn)行過程而消失.去銅溶劑的濃度取決于待溶解的銅和氧化銅的含量,清洗在70以下高堿性條件下進(jìn)行.因?yàn)榉磻?yīng)不產(chǎn)生熱量,溫度很容易控制,時(shí)間為2440h.因?yàn)槿軇┦菗]發(fā)性的,在高溫下易于分解,殘留的溶劑會(huì)自行

9、消失.清洗縫隙時(shí),使用KWU工藝,只要維持很小的熱傳遞,使溫度處于160170之間,管壁表面的溶劑就會(huì)沸騰,質(zhì)量傳遞迅速,清洗很有效.該清洗方法的優(yōu)點(diǎn)是高溫使氧化鐵很快溶解,是化學(xué)清洗中速度最快的一種方法,注入溶劑所需設(shè)備少,不用含硫的緩蝕劑.它的缺點(diǎn)是溶劑內(nèi)不含緩蝕劑,對(duì)材料有腐蝕的可能性,為了減緩腐蝕,需要控制浸泡時(shí)間.2.3EDF化學(xué)清洗方法EDF化學(xué)清洗方法為一步除鐵和除銅,用含有P6緩蝕劑的檸檬酸和葡糖酸的混合劑.先溶解四氧化三鐵,溶劑pH值為3.3,實(shí)施溫度為85,緩蝕劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%.除鐵后的溶液用于除銅,將溶液冷卻到50,以通風(fēng)來氧化金屬銅.該清洗方法的優(yōu)點(diǎn)是在同一溶液里

10、除鐵和除銅,清洗液排出量為最少.為了除去極難溶解的泥渣,可添加足夠的緩蝕劑,長(zhǎng)時(shí)間地浸泡管板上泥渣堆.它的缺點(diǎn)與SGOG-EPRI化學(xué)清洗方法相同,緩蝕劑中含硫,但經(jīng)評(píng)定認(rèn)為對(duì)因科鎳管子無害.在最后要增加一道工序,用檸檬酸和無硫緩蝕劑來清除殘余的硫.3 化學(xué)清洗的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)化學(xué)清洗后廢液必須經(jīng)適當(dāng)?shù)墓に囂幚?并報(bào)環(huán)保部門批準(zhǔn)后,方可排放.根據(jù)溶劑的化學(xué)成分和溶解物的種類,廢液可分為無危險(xiǎn)性和非放射性的、放射性的或危險(xiǎn)性的、放射性的和危險(xiǎn)性的.處理方法包括沉淀分離、濃縮固化、焚燒和玻璃固化等.對(duì)于含鐵廢液的初處理是添加苛性堿生成氫氧化鐵Fe(OH3析出;對(duì)于含銅廢液的初處理是添加硫化鈉生成硫化銅C

11、uS析出.法國(guó)有專門焚化排出廢液的工廠,EDF建造了帶有獨(dú)立過濾的焚化廠,直接焚化廢液.3.1SGOG-EPRI化學(xué)清洗現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)于1987年和1988年用SGOG-EPRI方法清洗了奧康尼1和2核電站的蒸汽發(fā)生器.該蒸汽發(fā)生器為直流式,由于腐蝕產(chǎn)物不斷地沉積在支撐板縫隙內(nèi),使二次側(cè)流動(dòng)阻力增加,導(dǎo)致熱功率下降.曾使用機(jī)械清洗來清除沉積物,但效果不好,后來對(duì)管束部分高度進(jìn)行了化學(xué)清洗.清洗后,二次側(cè)流動(dòng)阻力恢復(fù)正常,功率也達(dá)到滿功率,4臺(tái)蒸汽發(fā)生器共清除泥渣7072kg.目視檢查表明,支撐板縫隙內(nèi)沒有沉積物.腐蝕監(jiān)測(cè)證明,管子和支撐板等部件的腐蝕程度沒有超過清洗工藝的規(guī)定.3.2KWU化學(xué)清洗現(xiàn)

12、場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)于1988年6月和9月,用KWU化學(xué)方法清洗了林哈爾斯3和4核電站的蒸汽發(fā)生器.核電站運(yùn)行了幾個(gè)周期后,用視頻檢查發(fā)現(xiàn)管板上硬塊泥渣堆覆蓋了大約300400根管子的區(qū)域,先采用機(jī)械清洗,后決定采用化學(xué)清洗.取出硬塊泥渣樣品,分析化學(xué)成分和形態(tài),選擇NTA溶劑,注入冷態(tài)低水位蒸汽發(fā)生器,再加熱至140200之間.清洗中發(fā)現(xiàn)硬塊泥渣溶解速度很快,能在6080min內(nèi)完成.化學(xué)清洗后又進(jìn)行機(jī)械清洗,但沒有沖出泥渣.用視頻檢查,發(fā)現(xiàn)清除了近8 0%的泥渣,并破壞了硬塊泥渣結(jié)構(gòu).在1989年夏核電站停堆時(shí)又進(jìn)行第二次化學(xué)清洗,這次化學(xué)清洗提高了NTA的濃度,加大了溶劑的注入,而且清洗了上部支撐板和

13、管束.清洗后視頻檢查發(fā)現(xiàn)管板和支撐板上的硬塊泥渣被清除,管子呈金屬光澤,縫隙區(qū)無沉積物.于1989年用KWU方法清洗了蒂昂熱2核電站蒸汽發(fā)生器.該核電站運(yùn)行的前幾年,冷凝器有幾處泄漏,在冷凝水和給水中含銅相當(dāng)高,在蒸汽發(fā)生器支撐板處產(chǎn)生了輕微的凹痕,1988年凹痕深度達(dá)200m.同年,電力公司決定冷凝器中用不銹鋼管來更換鋁黃銅管.為了清除回路中的銅,采用了化學(xué)清洗.首先清除氧化鐵:在停堆過程中用一回路系統(tǒng)來控制清洗溫度,在175停止冷卻4.5h;注入溶劑前,加入聯(lián)氨和氨溶液;使用NTA濃度稍低于2%.注入溶劑后約1.5h,取樣分析表明溶劑已經(jīng)耗盡.接著清除銅:在室溫下,經(jīng)輔助給水注入去銅溶劑,

14、并通過排污管吹入壓縮空氣,經(jīng)6h后,取樣分析表明,溶劑也已耗盡.按計(jì)劃清洗了63h,清除氧化鐵1682kg,鹽5.9kg(主要是硫酸鹽,廢液中有其它金屬41.9kg(主要是鋅.清除銅133kg,鹽1.6 8kg.對(duì)清洗后的熱側(cè)和冷側(cè)的4個(gè)高度進(jìn)行視頻檢查,發(fā)現(xiàn)管子呈金屬光澤,支撐板間隙無沉積物,管板上無顯著的泥渣堆.3.3EDF化學(xué)清洗現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)成:(1清洗整個(gè)蒸汽發(fā)生器的管束和支撐板;(2清洗管板,軟化和粉碎硬殼的金屬顆粒堆,以便用機(jī)械清洗把泥渣沖走.1990年基于與諾讓1蒸汽發(fā)生器同樣原因,清洗了圣阿爾邦2核電站蒸汽發(fā)生器,根據(jù)清洗經(jīng)驗(yàn),只清洗了蒸汽發(fā)生器的下半部,減少了廢液的排放量.由于費(fèi)森海姆核電站蒸汽發(fā)生器管板上泥渣區(qū)和支撐板縫隙處出現(xiàn)管子腐蝕現(xiàn)象,于1992年夏季進(jìn)行了化學(xué)清洗,目的是消除泥渣和清洗支撐板間隙的污垢.化學(xué)清洗后,用CECIL(清洗和檢查一體化裝置進(jìn)行了機(jī)械清洗,希望能根除或減輕對(duì)管子的腐蝕.4 分析與討論1在核電站運(yùn)行初期,蒸汽發(fā)生器管板上大量泥渣堆積以前,進(jìn)行機(jī)械清洗和化學(xué)清洗,能較易清除泥渣,使管子的腐蝕減至最小,特別是在第一個(gè)運(yùn)行周期后采用清洗技術(shù)非常有效.我國(guó)大亞灣核電站和秦山核電站的蒸汽發(fā)生器已經(jīng)采用了機(jī)械清洗,隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng),管板上泥渣堆不斷增高,應(yīng)考慮采用預(yù)防性定期的化學(xué)清洗.2