CN102071429B - 腐蚀产物化学溶解方法 - Google Patents

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Abstract

用于从系统中清除腐蚀产物的方法，该方法包括：将系统的温度调节到115°F至212°F之间；将清洗溶解溶剂注入系统；在系统充满清洗溶解溶剂后将气体注入系统；气体在系统内与溶剂混合；在预定的溶解时间段后从系统排出溶剂；将钝化合成物注入系统；将气体注入系统，气体混合了钝化合成物；在预定的钝化时间段后排空合成物的装置；用低容量的溶液冲洗系统；然后用最全容量的溶液冲洗系统。

Description

腐蚀产物化学溶解方法
技术领域
本发明涉及清除腐蚀产物的方法。
背景技术
在核反应堆运转期间，残渣积聚在系统的管道、罐、热交换器等处(以下称为“系统”)。这些积聚物可能包括泥渣、水垢、沉淀物和腐蚀产物或其他金属类型。这些沉淀物可能会也可能不会受到放射性同位素污染。这些沉淀物对于系统的部件或罐是有害的，并且必须清除。有许多可用于清除积聚的材料的化学方法。这些化学方法在化学式、应用方法和效率方面有所不同。本领域的现状，用于溶解和松动腐蚀产物和堆积的泥渣的化学方法产生了大量难于处理并最终要丢弃的废弃物。通常，废弃材料是流体，但是，它可以被浓缩成非常浓的流体，该非常浓的流体需要在较高温度保存以便保持处于流体状态。大量的流体废弃物在丢弃前需要处理，并且必须运送到弃置场。流体废弃物通常含有螫合剂和/或有机物，螫合剂和/或有机物需要稳定以便满足州和美国联邦处理准则，这增加了处理的困难和费用。产生这些大量的流体废弃物通常需要向州管理机构对环境许可证进行备案。
存在几个利用化学制品清除泥渣、沉淀物、水垢、腐蚀产物或其他络合金属离子的方法。清除腐蚀产物的方法包括化学氧化还原净化(CORD)；低氧化态金属离子(LOMI)；和CAN-DEREM。清除水垢或沉淀物的方法通常包括EDTA(乙二胺四乙酸)。清除水垢或沉淀物的方法包括基于EDTA的蒸汽发生器清洗的专利技术方案例如EPRI SGOG和高级水垢调节剂(ASCA)。这些方法中的每一个都需要特定的应用温度以便有效地清除泥渣物质并产生处理特定的流体废弃物的方法，特定的流体废弃物难于稳定而且处理费用昂贵。
如上述论述，目前腐蚀产物化学溶解方法的问题是它们产生大量的化学流体废弃物，其难以处置主要因为存在螫合剂例如EDTA。通常，将多种化学制品混入这些化学螫合剂溶液。目前的方法需要在狭窄范围的特定温度有明显更长的应用时间以便溶解或松动泥渣、腐蚀产物和上述其他材料。
传统的化学方法所必要的必要的狭窄范围的特定温度需要在现场有更多的设备，并且可能包括再循环待清洗的、具有反应堆冷却泵或其他混合装置的系统以便保持最佳温度。优化溶解或松动技术的方法需要使用多种化学制品，这导致额外的费用和/或时间，以便在装置外的地方混合化学制品或在现场需要足够的罐来混合化学制品。
传统的方法还需要24小时或更长的时间，用于溶解、松动或以其他方法处理泥渣、水垢、腐蚀产物或沉淀物。系统参与化学方法的时间越长，在实行该方法期间额外的腐蚀或其他难题可能出现的机会就越高。
发明内容
本发明的目的是在核能系统或非核能系统中比现有技术中那些目前已知的方法在更短的时间内、更低的温度下和更大质量下提供从系统的管道、罐或热交换器中清除泥渣、水垢、腐蚀产物和其他金属类型的方法。
本发明提供了用来从系统中清除腐蚀产物的方法，该方法包括：将系统温度调节到115°F至212°F之间；将清洗溶解溶剂注入系统；在系统充满了清洗溶解溶剂后将气体注入系统；气体在系统内与溶剂混合；在预定的溶解时间段后从系统排出溶剂；将钝化合成物注入系统；将气体注入系统，气体混合了钝化合成物；在预定的钝化时间段后排空系统的合成物；用低容量的溶液冲洗系统；并且用大量的溶液冲洗系统。
附图说明
相对于附图示出本发明的一个实施例，其中附图示出本发明的流程图。
具体实施方式
有几个化学步骤与本发明有关。本发明的腐蚀产物化学溶解方法包括以下步骤：加热冲洗2，铁溶解4、6、8，钝化10、12、14，以及低容量冲洗16和大量冲洗18。
如果系统还未达到处理条件，加热冲洗2将调节系统温度以便满足处理条件。在溶解过程中用于系统的处理温度条件为处于115°F以上且在212°F以下的温度。因此，如果系统的温度低于115°F，就将热量注入系统以便使系统加热到115°F至212°F之间。加热系统的一个方法是注入冲洗溶液以便将系统的温度提高至用于该应用的最佳温度。可以利用其他的加热源例如再循环经过加热源的系统水或将蒸汽注入系统以便加热系统的流体。在注入期间可以提供额外的加热以便提高温度从而进一步确保系统达到最佳的温度。
一旦达到合适的温度，通过将溶解溶剂注入系统4开始铁溶解步骤4、6、8。在系统被注入的过程中浓缩的草酸与来自罐的软化水混合。在溶液从系统排除之前草酸溶液通过溶解增加了铁沉淀的多孔性。根据应用目的，草酸的典型的浓度是每升0.25至40克。这种混合物溶解、增溶并清除腐蚀产物或其他金属络合物类型。铁溶液能够从系统的外部加热到115°F至212°F之间的期望的应用温度。当使用较低温例如115°F时为了达到同样的效果需要更长的接触时间。在注入后溶剂可以在系统中保持30分钟或更短；或者，如果溶剂处于流入和流出的过程或如果温度处于较低的应用范围，则可以保持几天。
一旦系统充满了溶剂，溶剂就可能通过注入气体6与之混合。气体可以是氮气或一些其他气体。气体可以间断地注入或在溶剂处于系统的整个期间注入。注入时间取决于系统和方法的目的。
系统中的混合溶液能够用泵再循环或几乎保持不动并仍执行溶解过程。在经过适当的接触时间后或在溶液已经变为饱和之后，清洗溶剂会从系统排出8。
根据待清除的沉淀物的多少和处理的目的，在单独的系统中铁溶解步骤4、6、8可以被应用超过一次。
为了稳定系统表面上的沉淀物的钝化层，在溶解步骤4、6、8之后实施钝化步骤10、12、14。根据沉淀物的成分，钝化步骤的合成物由每升5至20克的过氧化氢加上每升0.25至20克的草酸组成。通过草酸亚铁向可溶的草酸铁的转化，钝化合成物稳定了在碳钢表面上的沉淀物的钝化层。钝化合成物在这个氧化反应中还溶解了一些离子，这些离子在铁溶解步骤4、6、8的还原反应条件下不溶解。在钝化步骤8、10的应用期间所保持的温度应该在为最佳条件的150°F之下。可以使用高于150°F的温度，但是由于过氧化氢自身的催化剂的破坏，钝化步骤10、12、14将不是这么有效。接触时间应限制为小于12小时，但是当全部的过氧化氢耗尽时可以从系统中清除。在将钝化合成物注入系统10之后，可注入气体12以便混合溶液并清洁注入管道。这种气体注入12可以是如15分钟之短或长达应用该方法的全部持续时间，例如达到12小时。在12小时后，或当过氧化氢被耗尽时，系统将被排空14回到处理罐。
由于多数系统的设计，在排空后会有一些溶剂残存在系统内。为了清除该溶剂执行最少两次低容量冲洗16。根据被清理的系统这些低容量冲洗的量将不同，但是通常该量会是铁溶解步骤4的量的15％至50％之间。低容量冲洗16后，执行全容量(full volume)的冲洗18，包括将系统充满达到与铁溶解步骤和钝化步骤的相同水平。这种冲洗溶液可以保留在系统内或被排出。
一旦该过程已经完成并且所用的化学制品已经分解并且流体已经去除矿物质，该流体能够被重复使用，用于第二次和/或更多次溶剂添加以便溶解剩余的沉淀物。由于进行一次或多次本发明(包括钝化合成物步骤10)的应用所导致的细微的碳钢的腐蚀小于0.005英寸。每次应用该方法时，每一步骤每一所用的系统容量可以从被处理的表面清除高达1000磅的泥渣、水垢、和腐蚀产物或其他金属沉淀物。多次应用该方法，通过每次应用每一所用的系统容量能够额外清除500至100磅。
根据本发明的工艺化学也可以被湿式氧化破坏，导致在湿式氧化的过程中被溶解的沉淀物重组成固体。接着，重组后的金属离子通过电化学或机械分离技术清除例如过滤、旋流器或澄清被清除。工艺化学的分解产物是二氧化碳(CO2)和水(H2O)。残存的流体可以，但不必，穿过去矿质柱形物，这将导致残存流体将被去除矿物质并能根据需要重复使用。
本发明的pH值优选在1.0和5.5之间。

Claims (22)

1.用于从系统中清除腐蚀产物的方法，该方法包括： 
将系统的温度调节到115°F至212°F之间； 
将包含草酸的清洗溶解溶剂注入系统； 
在系统充满清洗溶解溶剂后，将气体注入系统；气体在系统内与清洗溶解溶剂混合； 
在预定的溶解时间段后从系统排出清洗溶解溶剂； 
将包含草酸的钝化合成物注入系统，其中，所述钝化合成物包括每升5至20克的过氧化氢和每升0.25至20克的草酸； 
将气体注入系统，气体混合了钝化合成物，在钝化合成物中的草酸将由清洁溶解溶液产生的草酸亚铁转化成草酸铁； 
在预定的钝化时间段后将钝化合成物排出系统； 
用低容量的溶液冲洗系统；以及 
用全容量的溶液冲洗系统。 
2.如权利要求1中所述的方法，其中，系统的温度通过预清洗冲洗溶液调节。 
3.如权利要求1中所述的方法，其中，系统的温度通过注入蒸汽来调节。 
4.如权利要求1中所述的方法，其中，系统的温度通过使用外部加热器的溶液的再循环来调节。 
5.如权利要求1中所述的方法，其中，系统的温度通过使用反应堆冷却泵的初级热交换系统的再循环来调节。 
6.如权利要求1中所述的方法，其中，清洗溶解溶剂是浓缩的草酸和软化水。 
7.如权利要求6中所述的方法，其中，软化水被加热到115°F至212°F。 
8.如权利要求6中所述的方法，其中，浓缩的草酸为每升0.25至40克之间。 
9.如权利要求1中所述的方法，其中，预定的溶解时间段是30分钟或更少。 
10.如权利要求1中所述的方法，其中，将清洗溶解溶剂作为浓缩溶液引入系统，其中，所述浓缩溶液通过注入溶液而稀释。 
11.如权利要求1中所述的方法，其中，预定的溶解时间段是24小时或更少。 
12.如权利要求1中所述的方法，其中，气体是压缩空气。 
13.如权利要求1中所述的方法，其中，气体是氮气。 
14.如权利要求1中所述的方法，其中，气体被注入系统至少达15分钟。 
15.如权利要求1中所述的方法，还包括在排出清洗溶解溶剂后，再次将清洗溶解溶剂注入系统，在系统充满清洗溶解溶剂后将气体注入系统，气体在系统中与清洗溶解溶剂混合，以及在预定的溶解时间段后从系统排出清洗溶解溶剂。 
16.如权利要求1中所述的方法，还包括当存在钝化合成物时将系统的温度维持在150°F或更低的步骤。 
17.如权利要求1中所述的方法，其中，预定的钝化时间段小于12小时。 
18.如权利要求1中所述的方法，其中，预定的钝化时间段被选择成钝化合成物与系统接触直到耗尽钝化合成物中的过氧化氢。 
19.如权利要求1中所述的方法，其中，低容量的冲洗量等于清洗溶解溶剂量的15％至50％。 
20.如权利要求1中所述的方法，其中，全容量的冲洗量等于清洗溶解溶剂和钝化溶液的量。 
21.如权利要求1中所述的方法，其中，系统的pH值保持在1.0和5.5之间。 
22.如权利要求1中所述的方法，其中，系统是核动力装置。 
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