主回路活化腐蚀产物释放与净化的优化控制

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1、上海交通大学工程硕士学位论文第一章前言虽然压力边界材料的腐蚀一般不至于导致材料性能的劣化但释放到冷却剂中的金属离子是堆芯外辐射场的主要来源腐蚀或表面磨损产生的腐蚀产物以溶解态胶体态或粒状存在这些粒子胶体和离子吸附在与堆芯冷却剂相接触的不锈钢结构材料和镍基合金材料表面渗入材料表面逐渐生长的腐蚀氧化膜中燃料包壳表面不可避免的会有腐蚀产物沉积腐蚀产物以溶解或悬浮的形态存在并继之以氧化物的形态沉积在燃料包壳表面这些腐蚀沉积物对燃料包壳的影响取决于沉积物的形态和对燃料传热的影响致密的沉积物可能会影响燃料的传热导致燃料组件温度升高甚至发生局部沸腾并进而导

2、致杂质的局部浓缩形成恶性循环SiCaMgAl垢的大量存在就可能导致此现象与沉积在堆芯外表面的腐蚀活化产物的半衰期相比冷却剂净化回路相对是效率比较低的因此堆芯外辐射场剂量率往往需要增长多年才能达到稳定期间必须对相关的重要环节进行控制1.辐射源的控制在设备材料表面形成一层保护性氧化膜可以减少功率运行期间腐蚀产物向冷却剂中的释放和放射性核素的沉积这可以通过在电厂启动前对蒸汽发生器镍基合金传热管主管道以及其它一回路设备和组件进行表面预处理来实现一般的实际操作方法是在机组启动试验期间将非常纯净的水注入主回路并将水维持在一个相对较低的温度几个星期来实现钝

3、化在氧化膜形成前活化腐蚀产物的释放量比较大但许多活化腐蚀产物可以被净化系统去除由于蒸发器传热管的内表面积较大PWR机组的这步钝化是尤其重要的在运行期间为减少腐蚀产物的生成维持好的给水水质是必须的2.腐蚀产物沉积和传输的控制由于堆芯活化腐蚀产物的快速释放将导致蒸发器处较高的辐射场因此压水堆主回路腐蚀产物的迁移控制是非常重要的通过维持化学环境的稳定腐蚀产物的迁移速率可大大降低停机阶段当氧和硼引入冷却剂中后一回路的化学环境发生极大变化许多压水堆电厂在机组停运阶段将氧气空气或过氧化氢引入主回路水中同时将净化系统的除盐床保持最大流量运行目的是加速反应堆

4、大盖移走后发生的自然氧化过程以加速放射性核素的释放一回路冷却剂的化学环境从还原2上海交通大学工程硕士学位论文第一章前言性切换到了氧化性后放射性Co的浓度可增加几个数量级如果在开大盖后让材料表面沉积的活化腐蚀产物自然氧化主回路辐射场降低到检修要求的剂量水平所需要的时间将大大延长会导致活化产物在堆芯外的沉积加重堆芯内残留的活化产物较多另外即使迁移出来的活化腐蚀产物也容易发生二次沉降除盐床和过滤器无法发挥效能从而导致整个主回路的剂量率升高1.国外核电站主回路化学源项的研究美国法国和日本等多个核电站进行了主回路水的B-Li协调图的改进试验研究其试验成

5、果已在许多电站得到了应用其中美国ComanchePeak2号机组在第八循环开始将最大Li浓度提升到了6.0ppm相应主回路水的pH提高到了7.4堆芯腐蚀速率明显降低主回路源项场的控制得到很大改善有观点认为pH为7.3时堆芯活化腐蚀产物的迁移速率最低一般认为把冷却剂的pH从6.9提高到7.2对降低堆外辐射场和堆芯腐蚀速率是有帮助的再进一步提高pH的益处有限7.4是主回路水实际pH的上限因此EPRI推荐的一种主回路水pH的控制方式在考虑Li的限制条件下在寿期初控制主回路水的pH尽可能高之后维持Li的浓度恒定直到随着B浓度的降低主回路水的pH增长到

6、7.2再随着B浓度的降低来降低主回路Li的浓度以维持主回路的pH稳定在7.2当然提高LiOH浓度前燃料包壳和其他设备材料与冷却剂的相容性是必须考虑的[1],[3]法国EDF核电站对110mAg的污染问题也进行了比较系统的研究并制定了相应的处理措施但仍未从根本上彻底解决该问题[4]国外对主回路水中溶解氢的控制与降低堆芯活化腐蚀产物的迁移以及蒸发器传热管腐蚀和燃料包壳氢脆的风险进行了大量研究在Belleville进行的试验表明将含氢量降到5ml/kgSTP以下时3.6ml/kg以下章节如无特别说明均指STP条件下没有发现因水的辐射分解造成化合物增

7、多[5]-[6]此外国外对通过注Zn来减少管道内壁表面层对Co的吸附以及主回路的去污技术方面开展了大量研究3上海交通大学工程硕士学位论文第一章前言1.国内概况国内目前在主回路化学源项控制方面还没有进行比较系统的研究基本停留在基于国外的试验分析结论建立起来的化学技术规范框架下的水质参数监测上对B-Li协调图的优化主回路设备材质改型注Zn技术主回路去污技术等方面还处在实验室研究阶段相关研究成果还有待现场的验证国内在环境中放射性核素沉降和迁移的研究较多在地质和地下水等介质中的迁移做了大量的试验建立了许多数学模型相关理论的总结对主回路活化腐蚀产物的迁

8、移具有很大的借鉴意义[7]-[12]2.大亚湾核电站情况简介大亚湾核电站自94年投入商运以来迄今已有十几年的历史每台机组经历了12个燃料循环经过前期的释放与净化制造