材料与水化学第7讲核电厂一回路水化学
材料与水化学核电厂一回路水化学课件
定期保养
根据设备的运行情况和制造商的 推荐，制定合理的定期保养计划 ，包括清洗、更换磨损件、检查 密封性能等，以保持设备的良好
状态。
故障处理
当设备出现故障时，应迅速采取 有效措施进行修复，同时分析故 障原因，总结经验教训，以预防
类似故障的再次发生。
05
核电厂一回路水化学安全与环 保
水化学安全风险评估
核电厂一回路水化学反应机理
氧化还原反应
在核电厂一回路水中，氧化还原 反应是主要的化学反应类型，涉 及到水分子、氢离子、氢氧根离
子以及各种杂质离子的反应。
电化学腐蚀
核电厂一回路水的高温高压环境容 易导致金属材料的电化学腐蚀，进 而影响设备的性能和安全性。
沉淀与结垢
水中溶解的杂质在受热或浓缩条件 下会析出形成沉淀或结垢，影响热 交换器的传热效率，严重时会导致 堵塞和腐蚀。
评估方法
采用概率风险评估、故障模式与影响分析等手段，对一回路水化 学系统中的潜在风险进行识别和评估。
风险因素
包括设备故障、操作失误、腐蚀、泄漏等，以及这些因素之间的相 互影响。
风险控制
根据评估结果，制定相应的风险控制措施，如定期检查、维修保养 、操作规程等。
水化学事故应急处理
应急预案
制定针对一回路水化学事 故的应急预案，包括事故 报告、应急响应、处置措 施等。
抑制一回路水的辐照分解
水在反应堆中受到高能辐照后会发生分解，产生氢气和氧 气。通过优化水化学条件，可以抑制或减缓水的辐照分解 ，降低对系统材料的腐蚀和氢脆的风险。
监测和控制系统中的杂质
一回路水中可能含有溶解气体、悬浮颗粒等杂质。通过监 测和控制这些杂质，可以保证系统的正常运行和延长设备 使用寿命。
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究作者：李建兴孔祥贡来源：《现代企业文化》2020年第03期中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674- 1145（2020）01- 160- 01摘要在核电厂中，当一回路水质控制较差时会增强一回路的腐蚀性，加剧相关设备及材料的腐蚀，造成设备损坏，同时增强一回路的放射性活度，增加设备检修人员的集体剂量，最终形成辐射危害。
所以，在核电厂中，一回路水化学优化控制具有重要意义。
本文首先分析核电厂一回路水化学的特点，然后主要从溶解氧及溶解氢含量的降低两个方面，探讨水化学辐射的优化控制对策。
关键词核电厂一回路水化学辐射优化控制核电厂一回路水质的化学辐射受到多种因素的影响，首先是系统中相关设备的材料，其次是一回路水化学控制参数。
随着一回路腐蚀产物的积累，会增强一回路辐射场的强度。
腐蚀产物在系统表面产生，溶解到一回路冷却剂中流入冷却剂，最后通过主回路冷却剂传输到堆芯燃料包壳表面，被中子活化。
被活化之后的腐蚀产物会大大增加一回路辐射场的剂量，在管道拐角处沉积，形成局部热点，增加检修人员剂量。
一、核电厂水化学控制的特点在反应堆的运行过程中，一回路水化学控制的优劣会直接影响着燃料包壳的完整性，一旦控制不当，就会引起很多问题。
比如：第一，燃料元件包壳出现腐蚀现象，缩短燃料元件的正常使用寿命；第二，燃料棒表面结垢，降低传热效率；第三，腐蚀严重的情况下会造成燃料元件包壳破损，导致裂变产物的泄露，增强一回路的放射性活度。
水化学控制的优劣对反应堆核反应的正常运行有很大的影响。
所以，在核电厂中要求补给水的纯度较高，在最大程度上降低相关离子的浓度。
另一方面，在核电厂的运行中，为了抑制水的辐射分解而造成的含氧量的增加，会通过加氢的方式来解决，同时为了控制其pH值，也可以加入适量碱性较弱的氢氧化物。
二、核电厂回路水化学辐射优化控制一回路冷却剂水质的好坏，直接影响着相关设备的使用寿命。
当反应堆冷却剂的腐蚀性过强的时候，其性质无法正常发挥，设备不能正常使用，对反应造成不良影响，甚至有可能造成设备的直接报废。
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究作者：安洋吴玉彬来源：《科技创新导报》2019年第14期摘; ;要：压水堆一回路的水，即反应堆冷却剂的水质问题非常重要。
水质的好与坏，直接影响到材料的使用寿命与性能，一回路的水具有极强的腐蚀性质。
如果水质的腐蚀性太过于强烈，水质不好会引起或加剧反应堆结构材料和燃料包壳材料的腐蚀，导致设备损坏以及在反应堆主、辅系统的放射性活度的增高，构成放射性危害。
因此，控制水质指标，成了核电厂水化学研究的重要问题。
关键词：一回路; 水化学; 控制中图分类号：TL341; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0093-021; 核电厂水化学控制的特点在反应堆的运行期间，一回路水化学的控制对燃料包壳的完整性有着很直接的影响。
如果水化学的控制不当。
容易出现很多问题。
（1）燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。
（2）燃料棒表面结垢，影响传热效率。
（3）严重时候会引起燃料元件包壳破损。
有可能导致裂变产物泄露事故的发生。
由于水化学的控制好坏的程度，会直接影响到反应堆核反应的进行。
因此在核电厂中，一般使用高纯的补给水，尽可能的降低Cl-，F-，O-等离子的浓度。
同时，核电厂一般通过加氢的方式，来抑制由于水的辐射分解所导致反应堆中含氧量的增加问题。
通过加入弱碱性的氢氧化物，来调控其pH值。
2; 核电厂水化学存在的一系列反应介绍核电厂水化学的反应，是极其复杂的。
目前国际上，尚未能完全弄清楚其各方面的过程。
完全了解清楚其所有反应。
2.1 反应堆中的放射现象在反应堆中，有着各种放射性物质的存在，如中子，氦核质子，氚核质子以及一些裂变碎片的存在。
由于存在这些粒子，因此反应堆中存在各种射线。
这些射线穿透能力大小不同，但是却与反应堆中的物质存在各种相互作用。
主要有（1）电离作用，射线打出物质的核外电子，使得物质产生电离。
核电厂水化学 第8章 PWR一、二回路系统的水化学准则
表8-6 表5纠正措施
表8-7 反应堆冷却剂系统启动控制参数 （反应堆次临界工况120℃）
表8-8 反应堆冷却剂系统启动诊断参数 （反应堆次临界工况120℃）
表8-9 表8-7
和 表88的 纠 正 措 施 指 南
表8-10 反应堆冷却剂系统功率运行时控制参数（反应堆临界）
表8-11 反应堆冷却剂系统功率运行时诊断参数（反应堆临界）
8.2.1 控制目标 （1）使一回路系统和反应堆辅助系统的均匀腐蚀
减至最小，尽可能避免发生局部腐蚀开裂的可能，确 保燃料包壳和一回路系统压力边界的完整性；
（2）使腐蚀产物的产生、释放和向堆芯转移量减 至最小以控制辐射场的剂量率。
8.2.2 控制方法 （1）除硼酸外，大多数压水堆一回路冷却剂还添
加碱化剂氢氧化锂，也有添加氨水或氢氧化钾的，如 前苏联的VVERs型压水堆、我国的田湾核电厂。其目 的是使一回路系统的材料均匀腐蚀减至最小和尽可能 避免局部腐蚀开裂。
（6）行动基准3 在运行过程中，如水化学的参数超过了行动基准3 规定的限值，从工程经验判断，继续运行将对核电厂极 为不利，为此规定如一个参数超过行动基准3的限值， 则应采取措施为： 1）迅速地有秩序的停堆，并尽可能利用其他手段 使冷却剂温度降至1200C。 2）由于达到行动基准3规定的条件迫使反应堆停堆 之后，应该对此事件进行技术上的审评，一定要求采取 相应的纠正措施后，反应堆才能重新启动。
还要采取措施减少诸如氯离子、氟离子等侵蚀 性元素进入主冷却剂。
对压水反应堆，应向主冷却剂中添加一定量的氢 气，抑制水的辐射分解而产生的氧，使氧含量降低到 允许值；对VVERs型压水堆，靠连续不断的或周期性 的向冷却剂加氨经辐射分解产生的氢来抑制水的辐射 分解。
核电机组启动阶段的一回路水化学控制
核电机组启动阶段的一回路水化学控制摘要：压水堆核电站具有功率密度高、结构紧凑、安全控制容易、技术成熟、成本和发电成本相对较低的特点。
它是世界上使用最广泛的商用核电站，占轻水堆核动力机组总数的3/4。
高温高压轻水作为一回路冷却剂、慢化剂和二回路工作介质。
主系统冷却剂在强辐射条件下工作。
因此，核电站的水化学问题，如放射性污染、设备和材料的腐蚀、水质的保证和控制等变得非常复杂和严重。
多年来，国内外许多研究机构或专家对核电站水化学进行了大量的研究工作。
通过对水化学的控制，减少了腐蚀和放射性污染，从而维护了反应堆的运行安全，提高了核电站的可用性，效果显著。
关键词：核电机组；启动阶段；一回路；水化学控制1、前言作为包含核心的系统回路，系统设备长期处于高温、高压、高辐射环境中。
为了保证系统设备在使用寿命期内安全可靠地运行，水化学控制是必不可少的。
一次水化学主要从两个方面影响机组的运行安全：一是影响一次回路边界的完整性；二是影响堆芯外的辐射剂量水平。
实践表明，为了提高一回路水化学控制水平，减少腐蚀，减少放射性污染，除加强正常运行期间水质的监督控制外，机组启动阶段的水质控制也显得尤为直接和必要，对后续机组正常运行时的水化学有着直接而深远的影响。
2、启动期间的水化学指标机组启动时，通常只进行热态试验或大修，所有重要设备和管道容器长期处于停（备）开状态，不可避免地会产生大量杂质和腐蚀。
应严格控制含氧量及其它各项指标，尤其是含氧量高的水质指标。
2.1溶解氧氧本身是一种活性腐蚀元素，也是其他元素腐蚀不锈钢的催化剂。
当温度超过120℃时，会引起不锈钢和燃料包壳的应力腐蚀。
因此，在反应堆冷却剂温度升至120℃之前，溶解氧含量必须控制在100μg/kg以内，因此在化学平台期间加联氨进行除氧，确保主系统和稳压器溶氧小于100μg/kg，否则应停止升温和机组上升，直到溶解氧合格为止。
2.2氢水在高辐射环境中的分解反应是可逆的。
加氢可以有效地抑制水的辐射分解，从而减少氧化产物的生成，使一回路系统处于还原环境中。
核电厂水化学 第7章 一、二回路水的pH控制
1）天然钠由100%的23Na组成，它的热中子吸收截 面为505b，和中子反应生成24Na。24Na是一种很强的辐 射 体 ， 能 量 为 24MeV ， 半 衰 期 为 15h 。 因 此 ， 添 加 NaOH会给冷却剂带来很强的感生放射性。
为什么说是主要靠7Li调节pH呢？
是因为Li有两种同位素，即7Li和6Li，而6Li会 形成具有放射性的3T（6Li+n→4He+3T）。
2）7Li作为pH调节剂的主要缺点: a. 作 为 pH 调 节 剂 的 Li ， 必 须 是 很 纯 的 7Li(99.9%以上) 。
b. 7Li价格贵，不易得到； c.当冷却剂泡核沸腾时的局部浓缩会造成结构 材料苛性腐蚀。
b.7Li的化学活性高，pH控制能力强； c.7Li的中子吸收截面小（0.039b），一般 不产生感应放射性； d.腐蚀性小，会在一些主要结构材料表面 形成稳定的保护膜。不锈钢苛性腐蚀断裂的概 率，依所用碱排列为：NaOH KOH LiOH，对 于锆合金也有同样的规律。
e.对冷却剂净化有利 使用任一种碱作为pH控制剂，都必须将冷却 剂净化回路的阳离子交换树脂转换成该种碱离子 的型式。就碱型树脂比较，冷却剂中各种金属离 子在锂型树脂上最易被阻留，也即7Li型树脂对冷 却剂的净化效果最好。 基于上述种种优点，世界上大多数压水堆， 特别是西方国家的压水堆几乎都用高纯7Li的氢氧 化物作pH控制剂。
（2）pH值对腐蚀产物的运动有控制作用 pH值不仅对结构材料的腐蚀有影响，对腐蚀产 物的运动也有一定影响。 新型压水堆大多采用锆-4合金作为燃料元件包壳， 其腐蚀产物的释放率比不锈钢的小得多。 如果能减少或防止回路中腐蚀产物向堆芯转移， 使其免于活化，则可大大降低停堆后一回路的辐射水 平，便于检修，减少腐蚀产物在燃料元件表面的沉积， 维持堆芯良好的传热条件。 提高冷却剂pH值，有助于达到上述目的。
核电厂水化学
H H 2O H 3O
2H 2 O H 3O OH
水的离解和水的离子积
达到平衡时,习惯写成:
水的离子积
由于水的离解过程是吸热过程,故离子积会随着温度的升 高而增大.
实验证明:在22℃时水的[H+]和[OH-]的离子浓度各为107MOL/l,水的离子积为10-14 在一定温度下,纯水中[H+]和[OH-]的乘积总保持一个定值
水的物理性质-液态水、蒸汽和冰
冰: 凝固点/熔点 水变成冰,体积增加 并和水都能蒸发 三相点:
水的化学性质
水分子有很好的稳定性 高于1000℃,水蒸汽明显地离解成氢和氧
2H 2 O 2H 2 O2 136.8kCal
2000℃时,水的离解度只有1.8%;当温度下降,平衡向生 成水的方向移动.但在辐照条件下,水的分解加剧 与许多金属和金属氧化物反应; 与许多化合物反应,生成结晶水化合物.
H 3 PO4 H H 2 PO
k1
2 3 31 HPO4 H PO4 k
4
k2 2 H 2 PO4 H H PO4
溶液的强弱是有第一步电离所决定的
水的离解和水的离子积
纯水是具有很微弱的导电能力,是非常弱的电 解质,电解成:
H 2O H OH
水分子的缔合
水分子的偶极相互吸引,并通过”氢键”而形 成多分子的聚集状态; 氢键使得水分子具有很 多反常的性质: 1)水分子的取向性----极性水分子在外电场或离 子作用下,会发生定向排列 2)水分子的缔合----简单分子结合成比较复杂的 分子,而不引起物质化学性质的变化的现象,水 分子组成的通式(H2O)x,以(H2O)2最稳定
材料与水化学核电厂一回路水化学课件
04
核电厂一回路水化学监测与控制
水化学监测技术与方法
在线监测技术
01
取样分析技术
02
痕量元素分析
03
水化学控制策略与措施
优化水质处理工艺
1
选择合适的水化学添加剂
2
严格控制补水质量
3
水化学异常处理与应对
异常原因排查
临时应对措施
长期治理方案
05
核电厂一回路水化学优化与改进
水化学优化方向与目标
方法。
冷却剂
一回路水作为冷却剂，在反应堆 中循环，需关注水的传热性能和
稳定性。
水化学参数与指 标
01
02
03
04
pH值
导电度
溶解氧
悬浮物和胶体
03
材料与水化学相互作用
材料腐蚀与防护
腐蚀类型 腐蚀影响因素 防护措施
沉积物形成与控制
沉积物来源 沉积物影响 控制措施
水化学对材料性能影响
材料性能变化 影响机制 材料选择与设计
降低放射性水平
通过优化水化学条件，降低一回路水中放射性核素的活度和浓度， 减少对环境和人员的辐射危害。
延长设备使用寿命
通过调整水质参数，减轻对设备的腐蚀和结垢，延长设备的使用 寿命，提高核电站的安全性和经济性。
提高热效率
优化水化学条件，降低水的电导率和杂质含量，提高冷却剂的传 热效率，从而提高核电厂的热效率。
材料与水化学核电厂 一回路水化学课件
contents
目录
• 引言 • 核电厂一回路水化学基础知识 • 材料与水化学相互作用 • 核电厂一回路水化学监测与控制 • 核电厂一回路水化学优化与改进 • 结论与展望
01
第七讲 一回路主要辅助系统
一、 化 学 和 容 积 控 制 系 统
1、系统的主要作用：
1）启动前向一回路系统充水，运行中调节稳压器水位，以 保持一回路冷却剂的水容积。
2）调节冷却剂中的硼浓度，控制堆反应性的慢变化。 3）净化冷却剂，减少反应堆冷却剂中裂变产物和腐蚀产物 的含量。
4）供给一回路冷却剂泵轴封系统所需要的轴封用水。 5）向反应堆冷却剂加入适量的腐蚀抑制剂如氢、联氨、氢 氧化锂等，以保持一回路水质。
下泄 030VP
TEP
002BA
上充
注入硼酸V升
REA
硼化
下泄
002BA
上充
MN
补充硼水浓度 与一回路相同
REA
自动补给
化容控制系统的运行
1、下泄回路：降温、降压；
2、除盐回路：净化一回路水；
3、容积控制箱：容积控制（缓冲水箱）和箱汲水，通过再生式热
1．当化学和容积控制系统进行容积控制时，为反 应堆冷却剂系统提供所需的除气除盐含硼水；
2．当化学和容积控制系统进行化学控制时，制备和 注入联氨(N2H4)，氢氧化锂(LiOH)等化学药剂； 3．当化学和容积控制系统进行中子毒物控制时， 提供浓硼酸溶液或除气除盐水。
➢ 辅助功能：
1．为主泵的第三道轴封提供清洗水，为第二道轴封 的平衡管供水；
功能：
➢ 冷却所有核岛内的带放射性的设备； ➢ 对某些安全保护系统、余热排出系统的泵
和热交换器、燃料水池的热交换器等也具 有冷却作用；
➢ 是一回路系统与公用水系统之间的屏障，
避免核设备泄漏污染环境，也避免公用水 系统泄漏时，生水对核设备的污染。
103m3
设备冷却水系统水质
项目
指标
25℃时的pH值
材料与水化学第讲核电厂一回路水化学
中子反应
2
反 应 堆 中 主 要 的 中 子 核 反 应
反应物在冷却剂 中的存在
热中子 截面 Barn 0.0005 940 3838 1.81 0.01910-3 0.53 6 0890.65 1.48 16 0.38 13.3 2.5 1.14 19.9 37.5 4.4 15 1.5 0.08 0.05
各种粒子的核特性
The nuclear properties of particles
射线种类 a射线 b射线 g射线 质子(P) 中子(n) 氘(d) 氚(T) 裂变碎片(轻) 裂变碎片(重) 电荷数 +2 -1 0 +1 0 +1 +1 ~+20 ~+22 静止质量，原子单位 4.002675 0.000549 -1.007271 1.008665 2.014102 3.016050 ~95 ~139
天然 2H pH 控制剂 可溶性中子吸收剂 溶解空气， 联氨分解物 溶解空气或腐蚀产物 溶解空气或腐蚀产物 23 Na(n, g)24Na 杂质 36 Ar(n, g)37Ar 溶解空气 40 Ar(n, g)41Ar 溶解空气 41 pH 控制剂 K(n, g)42K 50 Cr(n, g)51Cr 腐蚀产物 54 Cr(n, g)55Cr 腐蚀产物 55 Mn(n, g)56Mn 腐蚀产物 54 Fe(n, g)55Fe 腐蚀产物 58 Fe(n, g)59Fe 腐蚀产物 59 Co(n, g)60mCo 腐蚀产物 59 Co(n, g)60Co 腐蚀产物 58 Ni(n, g)59Ni 腐蚀产物 62 Ni(n, g)63Ni 腐蚀产物 64 Ni(n, g)65Ni 腐蚀产物 94 腐蚀产物 Zr(n, g)95Zr 96 腐蚀产物 Zr(n, g)97Zr H(n, g)3H 6 Li(n, a)3H 10 B(n, a)7Li 14 N(n, p)14C 18 O(n, p)18F 16 O(n, p)16N
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究
厂水化学研究的重要问题。
关键词：一回路 水化学 控制
中图分类号：TL341
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)05(b)-0093-02
1 核电厂水化学控制的特点
高温（20 0 0℃以上）或电流的作用下，这种稳定性也就不
在反应堆的运行期间，一回路水化学的控制对燃料包 壳的完整性有着很直接的影响。如果水化学的控制不当。 容易出现 很 多问题。（1）燃 料元件 包 壳 发 生 腐蚀，影响 燃 料元件 使 用寿 命。（2）燃 料 棒表面结 垢，影响传 热 效率。 （3）严重时候会引起燃料元件包壳破损。有可能导致裂变 产物泄露事故的发生。
（2）主系统加氢抑制氧的辐射分解 ，反应堆功率运行 (下转95页)
①作者简介：安洋（1991—），男，汉族，湖南岳阳人，本科，助理工程师，研究方向：核电厂水处理技术。
吴玉彬（1991—），男，汉族，河南安阳人，本科，助理工程师，研究方向：核电厂水化学控制。
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
（1）化学平台除氧。在反应堆冷却剂温度升高到80°C 时，向反 应堆冷 却 剂中 加入一定 量的联氨，联氨与反 应堆 冷 却 剂中氧的反 应 式 为N2 H 4 . H 2 O + O 2 → N2+3H 2 O。在高温 下，联氨会进行分解反应产生NH3和N2。这些反应产物（氨 气，氧气和水）本身对反应堆冷却剂系统是无害的，但是氨 浓度过高会影响化溶系统净化床的运行，将其中的锂置换 出来。同时由于氨是弱碱，也可能会置换出阴离子，因此， 在进行除氧的过程中，应对联氨的程度进行控制，添加的 联氨 量 应尽可能 满足 反 应堆冷 却 剂中的 溶解氧含 量低 于 10 0 u g / k g，同时，反 应堆冷 却剂中的联氨 剩 余 量和分 解生 成的氨总量不超过1.0mg/kg。
核电厂水化学 一、引言
（3）由于冷却剂水是在放射性辐射条件下工作， 水中杂质会被活化而生成放射性同位素，给操作和维 修带来困难；同时，在中子与 辐照情况下，冷却剂 水会分解，又加剧对材料的腐蚀。
离技术，以提高净化能力；在放射性废水处理系统中还采用蒸发技 术，以提高净化效率和增大浓缩倍数。
在核电厂中，有多个水处理系统，各系统的工艺 流程和设备组成各有其特点，各系统根据本系统待处 理水质特点和产出水的水质要求，采用不同的工艺组 合，构成各自的水处理系统，以承担各系统水处理任 务。
如我国自己设计和建造的秦山核电厂，蒸汽发生器传热管的材 料为因科洛依800合金，二回路水采用全挥发处理法，设置了冷凝 水全流量净化装置，与此同时，还具备了对冷凝水进行全流量脱氧 的能力，和连续对蒸汽发生器排污，以保证二回路水质在正常工况 下维持在拟定的技术指标限值内。
一、引言 1 哪些水需要净化？哪些水可能具有放射性而需要净 化？
水在压水堆一回路是作为冷却剂和慢化剂，在二 回路是作为载热剂。
水作为冷却剂在主回路高温高压和强辐射场中以 很快的速度循环，除具有传热和慢化中子等基本的功 能外，还能发生其他一些反应。
冷却剂在完成传热功能的同时，把堆芯形成的放 射性，特别是活化的腐蚀产物载带到了回路各个部位， 形成了堆芯外的辐射场；水在慢化中子的同时，又经 受辐照分解生成H2和O2；一、二回路水中的杂质又引 起燃料包壳和结构材料的腐蚀。例如，水和其中的杂 质或添加物的中子活化反应，水的辐射分解反应。
为减少腐蚀到可以允许乃至最低程度，必须对压水堆 的水质进行净化处理和管理。
为此，必须对核电厂各系统的水进行连续或间断 的处理（把淡水原水处理成除盐水用作一、二回路水 补水，一回路水部分循环净化、一回路排水处理后复 用；二回路凝结水精处理，蒸汽发生器二回路排污水 净化，凝汽器冷却水处理），达到水质指标的限值以 内，保证各系统设备和结构的完整性，使冷却剂最大 限度地重复使用。
核电厂一回路水化学辐射优化管控探讨
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2020.14.039核电厂一回路水化学辐射优化管控探讨陈灯(福建福清核电有限公司 福建福清 350300)摘 要：压水堆核电厂一回路系统有很多需要控制的要素，不仅包括具体水化学反应的控制，还要重视其中冷却剂杂质问题，保证水质在机组不同运行模式下处于最优状态，减少放射性腐蚀产物的产生，并降低对主系统管道的腐蚀。
本文首先对核电站一回路水化学中反应堆放射现象及水辐射现象简单讨论，随后具体从水化学反应一般控制、溶解氧腐蚀控制以及水中杂质控制三方面详细讨论了优化管控方法，以供参考。
关键词：核电厂 一回路水化学 水质问题 优化管控中图分类号：TM623 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)05(b)-0039-02压水堆核电厂是我国核电事业发展中最主要的一类电站堆型，也是我国核电事业中的重要支柱。
一回路水化学是压水堆核电厂中关键构成内容之一，确保其效用良好，能够减少工作人员所受辐射，延长放射性屏障运行时间，从而实现压水堆核电厂安全运行。
目前核电厂一回路水化学管控质量提升中，工作重点主要集中在反应堆冷却剂水质控制以及溶解氧腐蚀问题的处理上，实现更有针对性的质量管控模式，以充分发挥一回路水化学的应用价值。
1 核电厂一回路水化学基本概述压水堆核电厂中的水化学反应比较复杂，不过具体可以从反应堆放射现象及水辐射两点简要讨论。
放射现象主要与反应堆中各类放射物质的存在有关，由其构成反应堆中各类射线的分布与穿透，同时这一过程中还存在着如电离作用、核转变作用以及射线激发与衰变作用等物质之间的相互作用，对水化学反应产生很多间接影响；水辐射基于冷却剂中大量氢氧自由基变换组合，因高温或电流作用而发生不稳定性化学变化，并在射线对水分子的轰击中借助辐射作用造成大量辐射自由基产物密布在冷却剂中，而且这些产物很不稳定，也无法准确测量反应[1]。
这些一回路水化学的系列反应把握是实现其质量控制的基础，据此我们看出这些反应会造成很多问题，如水含氧量增加造成各类结构材料以及燃料包壳上的腐蚀或结垢问题等，甚至可能在控制不当下出现裂变产物的泄漏，造成严重危害；所以水化学反应的控制更加重要也更加复杂，不仅要解决过氧问题，还要注意所用冷却剂中的高纯性，减少各类等离子的干扰，才能保证核反应的安全进行。
核电厂换料大修期一回路水化学控制
1582020.2MEC MODERN ENTERPRISE CULTURE对策建议 核电厂换料大修期一回路水化学控制孔祥贡 李建兴 海南核电有限公司中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674-1145（2020）02-158-01核电站机组大修是核电厂重要生产活动之一。
机组在进行一个周期运行后需要对反应堆内核燃料进行替换，同时对设备进行预防性和纠正性维修。
反应堆水池中的水即为一回路水，它的主要作用为在反应堆燃料进行链式反应时慢化中子、对反应性进行控制、对一回路进行压力控制及对主系统具有放射性屏蔽作用等。
保证反应堆水池水质是核电厂检修及运行过程中的重中之重。
一、反应堆水池水质浑浊的现象（一）现场巡检机组换料大修完成低低水位检修工作后，对反应堆水池进行充水，充水过程中燃料操作人员在现场进行巡检，观察水池水质情况。
待反应堆水池充满水时，反应堆水池水质静置，此时燃料操作人员最终确认反应堆水池水质情况是否满足装载核燃料要求。
大亚湾、宁德、红沿河等多个核电站，在此作业窗口，燃料操作人员巡视无法看见下部堆内构件燃料落座堆芯下栅格板，反应堆水池水质不能满足燃料装载需求，装载核燃料工作暂停，投运净化回路，待反应堆水池水质满足进行燃料装载操作。
（二）水质化验结果在反应堆水池水质发生浑浊后，化学专业对余热排出系统（简称“ＲＲＡ系统”）泵出口、反应堆换料水池和乏燃料水池的冷却和处理系统（简称“ＰＴＲ系统”）过滤器前、后进行取样化验。
其中，投入净化回路水质改善情况举例，列出机组一次大修反应堆水池浑浊后投运净化回路后的各项指标变化情况。
在投运净化回路后，ＲＲＡ系统泵出口、ＰＴＲ系统过滤器前、后浊度有明显下降，净化回路对水质改善较大。
对水样中Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｉ０２进行分析，水质中各元素含量无明显变化，与浊度无直接关系。
二、大修期间一回路水质浑浊的原因核电站大修过程中的检修项目及试验可能会造成水质浑浊原因如下：（一）长周期试验将杂质充入系统核电厂监督大纲运行试验按照周期执行（如有５ａ执行的一回路安全注入泵流量试验），这些试验设计的管线多年无流体流通或流体压力较低，由于长时间的积累，部分杂质沉积于管道内。
材料与水化学-第7讲-核电厂一回路水化学
中子与物质的相互作用
Neutron interaction with matter
中子不带电荷，不会直接造成物质的电离。但是，中子的电中性可使它不受原 子核库仑场的作用，而能达到核力作用场内同原子核发生各种作用： (1) 核分裂(n.f)
El=12400；
E = hf 。
0 1n6 3Li3 1H+2 4He
0 1n14 18 3Cd 11 44 8Cd+γ
各种粒子的核特性
The nuclear properties of particles
射线种类
a射线 b射线 g射线 质子(P) 中子(n) 氘(d) 氚(T) 裂变碎片(轻) 裂变碎片(重)
产生电子偶
高能g光子在核力作用下转换成一对正、负电子的过程叫作产生电子偶，这种转 化仅在入射光子能量大于电子对的静止质量时才有可能发生，多余的能量转化 为电子的动能。
光电效应
Photoelectric effect
康普顿散射
Compton scattering
产生电子对偶
Pair production
其中 b V c
电子对物质的作用主要表现在电离和激发两个方面： (1) 将原子内轨道电子击出，造成原子的电离; (2) 通过非弹性碰撞使低能态轨道电子跃迁到高能态，造成原子的激发。
电子的电离和激发作用主要发生在外层轨道电子(价电子)，但也有少数发生在内层 电子。内层电子的跃迁引起X射线和俄歇电子的发射，后者虽不能再次造成内层电 子的激发，但可以造成价电子的能态变化或电离。
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反应物在冷却剂 中的存在
天 然 2H pH 控 制 剂 可溶性中子吸收剂 溶 解 空 气 ，联 氨 分 解 物 溶解空气或腐蚀产物 溶解空气或腐蚀产物 杂质 溶解空气 溶解空气 pH 控 制 剂 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物
二回路水化学控制的目的是： 保护蒸汽发生器传热管不受二次侧水的腐蚀(应力腐蚀开裂)，防止
积垢(添加分散剂)。 防止给水管道腐蚀速率过快(流动加速腐蚀，FAC)。
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
水化学控制 Controlling of water chemistry
使用高纯补给水
降低水中Cl－、F－、O等的浓度
The nuclear properties of particles
射线种类
a射线 b射线 g射线 质子(P) 中子(n) 氘(d) 氚(T) 裂变碎片(轻) 裂变碎片(重)
电荷数
+2 -1 0 +1 0 +1 +1 ~+20 ~+22
静止质量，原子单位
4.002675 0.000549
-1.007271 1.008665 2.014102 3.016050
b、 g
45.6 天
b、 g
10.5 分
b、 g 电子俘获
5.26 年 8104 年
b
100 年
b、 g
2.564 小 时
b、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱg
63.9 天
b、 g
17 小 时
主 要 g能 量 M eV 无g 无g
0 .5 5 1 7011 1 .3 6 9
1 .2 9 3 1 .5 2 4 0 .3 2 0 1 .5 2 8 0 .8 4 6 0 .2 3 6 1 .2 9 2 0 .0 5 8 5 1 .3 3 2 无g 无g 1 .4 8 1 0 .7 5 6 0 .7 4 3
一回路和二回路水有效的净化
防止杂质的进入 加氢以抑止水的辐射分解生成含氧浓度
一回路水pH值控制
通过添加弱碱性氢氧化物：氢氧化锂、氢氧化铵等
在冷却剂系统中使用的化学纯度的质量保证 在控制区使用化学物的核安全条例
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
反应堆中的辐射 Radiation in reactor
核转变
中子俘获 质子俘获
激发
激发衰变
在压水堆中各种射线或粒子，程度不同地同冷却剂发生作用，重要的是g和 b、a射线与冷却剂的作用。当冷却剂中引入硼作为中子吸收剂时，10B与中 子反应所放出的b、a射线和7Li反冲核的影响也不可忽视。而中子将引起冷 却剂及其它物质的嬗变和材活料化与，水间化接学地第对7讲冷核却电剂厂辐射化学作用发生影响。
热中子 截 面 B arn
0 .0 0 0 5 940 3838 1 .8 1
0 .0 1 9 1 0 -3 0 .5 3 6 0 8 9 0 .6 5 1 .4 8 16 0 .3 8 1 3 .3 2 .5 1 .1 4 1 9 .9 3 7 .5 4 .4 15 1 .5 0 .0 8 0 .0 5
反应生成物
放射性 类型
半衰期
b
12.26 年
b
12.26 年
稳定
b b+， 电 子 伏 获
5730 年 1.87 小 时
b、 g
7.14 秒
b、 g
14.96 小 时
35 天
b、 g
1.83 小 时
b、 g
12.36 小 时
电子俘获
27.8 天
b、 g
3.52 分
b、 g
2.57 小 时
电子俘获
2.6 年
~95 ~139
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
射线的穿透能力
Penetration of radiation
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
射线与物质的相互作用
Radiation interactions with matter
电离作用
打出电子，使物质电离 a, b, g射线电离能力约为： 104 : 102 :1
g射线是波长极短的电磁波， 又称为光子，其波长范围在 2埃以下。电磁波的波长l、 频率f (l=c/f)和能量E有如 下关系:
El=12400；
E = hf 。
0 1n6 3Li 3 1H+2 4He
0 1n14 18 3Cd 11 44 8Cd+γ
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
各种粒子的核特性
一回路水化学
反 应 堆 中 主 要 的 中 子 核 反 应
The major neutron reactions in a nuclear reactor
中子反应
2H (n, g)3H 6L i(n, a)3H 10B (n, a)7L i 14N (n, p)14C 18O (n, p)18F 16O (n, p)16N 23N a(n, g)24N a 36A r(n, g)37A r 40A r(n, g)41A r 41K (n, g)42K 50C r(n, g)51C r 54C r(n, g)55C r 55M n(n, g)56M n 54Fe(n, g)55Fe 58Fe(n, g)59Fe 59C o(n, g)60mC o 59C o(n, g)60C o 58N i(n , g)59N i 62N i(n , g)63N i 64N i(n , g)65N i 94Z r(n, g)95Z r 96Z r(n, g)97Z r
一般物质所放出的射线
Alpha – a 射线 – 氦核，带+2e Beta – b 射线 – 电子，带-1e Gamma – g 射线 – 高能电磁波
反应堆中还有其它的粒子
Neutron – 中子 Proton – 质子(氢核) Tritium nucleus – 氚核 Fission fragment – 裂变碎片
g射线与物质的相互作用
Gamma ray interaction with matter
一回路水化学
水的辐照分解 水化学与材料相容性 水化学控制
材料与水化学第7讲核电厂一回路水化学
水化学控制的目的和意义
反应堆运行期间的一回路水化学控制对燃料包壳的完整性有很直接 的影响。如果水化学控制不当，会产生以下危害： 燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。 燃料棒表面结垢，影响传热效率。 严重时会引起燃料元件包壳破损，有可能导致裂变产物泄漏事故。