CN102405307B - 工厂操作方法和工厂操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种工厂操作方法，所述工厂具有在从冷凝器到达蒸汽生成器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器、脱气器和高压给水加热器并且将高温给水引导到所述蒸汽生成器，其中从氧化剂注入线路注入氧化剂至结构材料的表面上以形成抑制构成与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器、所述脱气器和所述高压给水加热器的所述结构材料的元素的洗脱的膜，并且进一步从腐蚀抑制物质引入线路引入腐蚀抑制物质以在发生由所述给水的流动而加速腐蚀的所述结构材料的表面上沉积所述腐蚀抑制物质。

Description

工厂操作方法和工厂操作系统
技术领域
本发明涉及适于抑制诸如给水管道的结构材料的腐蚀的工厂操作方法和工厂操作系统。
背景技术
在均提供有锅炉、蒸汽生成器等并且使用高温水的包括火力发电厂和原子能发电厂的各种工厂中，会出现结构材料的金属发生诸如离子洗脱(ionic elution)和形成腐蚀产物的老化劣变现象的情况。腐蚀产物的沉积妨碍管道中的流动通道，产生振动的原因。而且，高流速条件下的振动会导致结构材料的破裂或者损坏，并且此外，在腐蚀产物沉积在压水原子能发电厂的蒸汽生成器、沸水反应堆发电厂或者火力发电厂的给水加热器等的传热面上时，腐蚀产物会导致传热系数的降低。
在这样的蒸汽生成器和给水加热器中，给水中的杂质浓度通过在该装置中连续吹水而保持在低浓度，但是在狭窄部分，例如传热管道和支撑板之间的裂缝部分中，水质有时会不同于受控值，这会造成杂质聚集在该狭窄部分，从而在该部分中创造出腐蚀环境，并且还会在其中沉积水锈(氧化物)等。此外，即使在具有孔、阀等的管线中的管道中，液体以高速通过内部空间，因此在这样的情况下，也需要采取措施防止侵蚀、腐蚀、流动加速型腐蚀等。
这些是在高温水环境中发生的典型现象，并且造成各种影响，例如对由于管道和包括结构材料的其它部件的腐蚀和维修频率增加而导致的操作问题。此外，近年来，这样的现象发生在碳素钢管道中，使得管道的厚度由于壁变薄现象而减小。因而，在长时间的工厂操作期间，逐渐累积金属的洗脱、腐蚀现象等，并且潜在地表现出在某一时间点突然爆发灾难的可能性。
在任一发电厂中，在冷凝器的下游侧的管线中，铁等洗脱，并且在设置在脱气器的下游侧的管道中，温度升高并且形成导致流动加速型腐蚀的条件。因此，抑制这些现象会增强仪器的稳固性和操作时段。抑制上述现象的方法包括向系统中注入具有腐蚀抑制效应的化学制剂，以使得例如火力发电厂、PWR发电厂等的水具有较小腐蚀的质量。
例如，在火力发电厂或者压水型原子能发电厂的二次系统中，已经通过注入用于降低铁从系统内部洗脱的氨水并且防止铁流入蒸汽生成器中，来执行pH控制或者水质控制。而且，为了消除蒸汽生成器中裂缝部分的碱浓度，在实际工厂中实施各种水质控制，例如用于降低氯离子对腐蚀的影响的Na/Cl比率控制和氯离子浓度控制。近年来，已经通过利用改进的化学物质，诸如乙醇胺和吗啉来采取水质控制方法。
对于待注入的化学物质的改善，提供一种利用诸如丹宁酸和抗坏血酸的有机酸作为去氧剂的方法(例如，在专利文献1：公开号No.4-26784的日本专利早期公开中公开的)。此外，对于水质控制方法，提出了控制全部阳离子/SO4的摩尔比的操作方法、向核反应堆的蒸汽生成器引进钙化合物和镁化合物的至少其一进入给水以使得离子浓度变为0.4到0.8ppb的方法(例如，在专利文献2：公开号No.2004-12162的日本专利早期公开中公开的)等。此外，还提出了注入用于保护材料的贵金属并且注入氧的技术(例如，在专利文献3：公开号No.10-339793的日本早期公开中公开的)。
然而，在专利文献1和2中提出的控制水质的方法是向压水型原子能发电厂的给水中注入化学制剂，因此该技术会对给水的纯度、环境等造成影响。
而且，尽管专利文献3中公开的控制水质的方法示出了注入诸如铂(Pt)和钌(Ru)的贵金属的清晰标准，但是没有公开关于诸如钛氧化物(TiO2)的金属化合物的必要注入量和注入方法。
发明内容
本发明考虑到上述情形，并且本发明的目的在于提供一种工厂操作方法和工厂操作系统，能够可靠地抑制诸如管道或者管路的结构材料的腐蚀而不注入对周围环境产生影响的化学制剂。
本发明的上述目的能够通过提供一种以下任一工厂的操作方法，所述工厂包括：压水型原子能发电厂的二次系统，所述二次系统至少具有在从冷凝器到达蒸汽生成器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，或者所述二次系统还具有设置在所述低压给水加热器和所述高压给水加热器之间的脱气器，并且所述二次系统将高温给水引导到所述蒸汽生成器；沸水型原子能发电厂的一次系统，所述一次系统具有在从冷凝器到达压力容器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述一次系统将高温给水引导到所述压力容器；以及火力发电厂的给水系统，所述给水系统至少具有在从冷凝器到达锅炉的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，或者所述给水系统还具有设置在所述低压给水加热器和所述高压给水加热器之间的脱气器，并且所述给水系统将高温给水引导到压力反应容器，其中，在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器、所述脱气器和所述高压给水加热器的结构材料的表面上形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜；以及在发生由所述给水的流动而加速腐蚀的所述结构材料的所述表面上沉积腐蚀抑制物质。
此外，本发明的上述目的通过提供一种压水型原子能发电厂的二次系统的操作系统，所述二次系统具有在从冷凝器到达蒸汽生成器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器、脱气器和高压给水加热器，并且所述二次系统将高温给水引导到所述蒸汽生成器，其中所述工厂操作系统包括：氧化剂注入单元，其设置在所述冷凝器的下游侧并且所述给水管道中的所述低压给水加热器的上游侧，并且将氧化剂注入在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器、所述脱气器和所述高压给水加热器的结构材料的表面上，以形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜；以及腐蚀抑制物质引入单元，其设置在所述脱气器的下游侧并且所述给水管道中的所述高压给水加热器的上游侧，并且引入腐蚀抑制物质以在发生由所述给水的流动而加速腐蚀的所述结构材料的所述表面上沉积所述腐蚀抑制物质。
而且，本发明的上述目的通过提供一种沸水型原子能发电厂或者火力发电厂的操作系统，所述沸水型原子能发电厂具有在从冷凝器到达压力反应容器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述沸水型原子能发电厂将高温给水引导到所述蒸汽生成器，所述火力发电厂具有在从冷凝器到达锅炉的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述火力发电厂将高温给水引导到所述锅炉，其中所述工厂的操作系统包括注入单元，所述注入单元设置在所述冷凝器的下游侧并且所述给水管道中的所述低压给水加热器的上游侧，并且将氧化剂注入在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器和所述高压给水加热器的结构材料的表面上，以形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜，或者注入腐蚀抑制物质，以在所述结构材料的所述表面上沉积所述腐蚀抑制物质。
根据本发明的工厂操作方法和工厂操作系统，形成用于抑制构成所述结构材料的所述元素的洗脱的膜并且在发生流动加速型腐蚀的所述结构的所述表面上沉积所述腐蚀抑制物质，并且因此能够可靠地抑制诸如管道的结构材料的腐蚀而不注入对环境等造成影响的化学制剂。
附图说明
图1是示出压水型原子能发电厂的二次系统的示意性系统图，该压水型原子能发电厂的二次系统应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第一实施例；
图2是示出在碳素钢的表面上形成有氧化物膜的情况下以及仅碳素钢的情况下抑制铁洗脱的测试结果的柱形图；
图3是示出在碳素钢的表面上沉积有钛氧化物的情况下以及仅碳素钢的情况下腐蚀的流速依赖性的曲线图；
图4是示出在碳素钢的表面上沉积有钛氧化物的情况下以及仅碳素钢的情况下腐蚀的温度依赖性的曲线图；
图5是示出在碳素钢的表面上沉积有钛氧化物的情况下以及仅碳素钢的情况下腐蚀抑制测试结果的柱形图；
图6是示出在碳素钢上分别沉积有铌氧化物、铈氧化物和钇氧化物的情况下以及仅碳素钢的情况下腐蚀抑制测试结果的柱形图；
图7是示出在碳素钢的表面上提供有氧化物膜和钛氧化物的情况下以及在碳素钢的表面上提供有氧化物膜的情况下铁的洗脱抑制测试结果的柱形图；
图8是示出在应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第二实施例的情况下铁洗脱的氢依赖性的柱形图；
图9是示出在应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第三实施例的情况下腐蚀量和腐蚀电位之间关系的曲线图；
图10是示出在应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第四实施例的情况下沸水型原子能发电厂的示意性系统图；以及
图11是示出火力发电厂的示意性系统图，该火力发电厂应用根据本发明的火力发电厂的操作方法的第五实施例。
具体实施方式
以下将参照附图描述用于实施本发明的最佳方式或者实施例。然而应注意，本发明并不局限于这些方式或者实施例。
[第一实施例(图1到图7)]
图1是示出压水型原子能发电厂的二次系统的示意性系统图，该压水型原子能发电厂的二次系统应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第一实施例。
如图1所示，在压水型原子能发电厂的二次系统12中，在蒸汽生成器13中生成的蒸汽被引入到高压涡轮机14中，在那里工作，然后通过水分分离/加热装置15进行水分分离，然后被加热并且最终被引入到低压涡轮机16中并且在那里工作。在低压涡轮机16中工作的蒸汽在冷凝器17中被冷凝，从而变为冷凝水。在从冷凝器17到达蒸汽生成器13的给水管道18中，顺序设置冷凝泵19、低压给水加热器20、脱气器21和高压给水加热器22。然而，在这样的情形下，脱气器21可以不设置在其中。从冷凝器17排放的冷凝水变为给水，由低压给水加热器20、脱气器21和高压给水加热器22加热，变为高温状态，并且被引入蒸汽生成器13中。
在从冷凝器17到达蒸汽生成器13的给水管道18的内部流动的给水的温度为15℃或者更高以及350℃或者更低。例如，从冷凝器17到低压给水加热器20的给水的温度为大致40℃到180℃，并且从脱气器21到高压给水加热器22的给水的温度为大致180℃到230℃。在从冷凝器17到达蒸汽生成器13的给水管道18的内部流动的给水的流速在1m/sec.或者更大以及20m/sec.或者更小的范围内。
各种仪器以及构成该二次系统12的管道的结构材料，特别是与高温给水接触的给水管道18、冷凝泵19、低压给水加热器20、脱气器21和高压给水加热器22由诸如不锈钢的钢材料、诸如镍基合金的非铁材料或者诸如铜和铝的非铁金属形成。
在二次系统12中，用作氧化剂注入单元的氧化剂注入线路23安装在冷凝器17的下游侧以及给水管道18中低压给水加热器20的上游侧的位置，例如在冷凝泵19的下游侧附近。从氧化剂注入线路23单独或者以混合状态注入氧(气态)、过氧化氢(液态)和臭氧(气态)作为氧化剂。在当前实施例中，将气态的氧从氧化剂注入线路23注入到给水管道18中的给水中。为了方便氧在给水中溶解，细化氧气泡从而能够增加溶解氧的量。例如，纳米泡是优选的。
通过该氧化剂(例如氧)的注入，给水水质的溶解氧浓度升高，并且在与诸如给水管道18的结构材料的给水接触的表面上形成氧化物膜，该氧化物膜抑制构成该结构材料的元素，例如铁、铬等的洗脱。
在此，以下将参照图2描述由于氧化物膜而抑制构成结构材料的元素(例如铁)的洗脱的效果的测试结果。
在该测试中，为了在碳素钢的表面上产生氧化物膜，通过将碳素钢暴露于具有200ppb的溶解氧浓度的高温(例如40到180℃)水中500小时来产生试样。通过使用所产生的试样以及仅碳素钢的试样来进行铁洗脱的测试。在将两个试样浸入通过氨将溶解氧浓度调节到小于5ppb并且将pH调节到9到10的水溶溶液中的测试条件下进行测试。
对于没有氧化物膜的仅碳素钢的试样，铁洗脱并且溶液的颜色改变。另一方面，对于提供有氧化物膜的碳素钢的试样，颜色几乎未改变，并且表面状态也没有表现出改变。因而，由于稳定的氧化物膜的存在，抑制了铁的洗脱并且降低了被引入到蒸汽生成器13中的铁的量。
而且，在该压水型原子能发电厂的二次系统12中，用作腐蚀抑制物质引入单元的腐蚀抑制物质引入线路24安装在脱气器21的下游侧以及给水管道18中高压给水加热器22的上游侧的位置处。腐蚀抑制物质例如是包含选自钛(Ti)、锆(Zr)、铈(Ce)、铌(Nb)、镧(La)、钕(Nd)和钇(Y)中的一个或者多个元素的氧化物或者氢氧化物。腐蚀抑制物质具体是钛氧化物(TiO2)、锆氧化物(ZrO2)、铈氧化物(CeO2)、铌氧化物(Nb2O5)、镧三氧化物(La2O3)、钕氧化物(Nd2O3)、钇氧化物(Y2O3)、氢氧化铈(Ce(OH)4)、镧氢氧化物(La(OH)3)、钇氢氧化物(Y(OH)3)等。在这些腐蚀抑制物质中，钛氧化物更加优选。
包括给水管道18和脱气器21的下游侧的高压给水加热器22的结构材料与高温给水接触并且位于发生由给水的流动而加速腐蚀(流动加速型腐蚀)的区域中。通过从腐蚀抑制物质引入线路24引入包括钛氧化物的腐蚀抑制物质，可以在发生流动加速型腐蚀的结构材料的表面上沉积包括钛氧化物的腐蚀抑制物质。
并且，在未设置脱气器21的情况下，可以将腐蚀抑制物质引入线路24安装在冷凝器17的下游侧以及低压给水加热器20的上游侧的位置处，并且因此可以与氧化剂注入线路23共同形成同一线路。
该腐蚀抑制物质处于胶体状态或者包含细颗粒的溶液浆体状态，并且通过将该溶液注入到给水中而将该细颗粒沉积在诸如给水管道18的结构材料的表面上，或者通过溅射或者热溅射技术将该细颗粒沉积在结构材料的表面上。在当前实施例中，具体地说，将钛氧化物溶液注入到给水中。优选的是在结构材料的表面上沉积5μg/cm2或者更多的包括钛氧化物的腐蚀抑制物质。
在将包括钛氧化物的腐蚀抑制物质注入到给水中时，通过选择包含该腐蚀抑制物质的溶液的浓度、调节待注入的溶液的量，并且进一步考虑注入有所述溶液的给水的水质(例如溶解氧浓度)来控制要沉积在结构材料上的腐蚀抑制物质的量。
当包括钛氧化物的腐蚀抑制物质在高温和高压下沉积在结构材料的表面上时，该腐蚀抑制物质表现出促进水的氧化反应的催化作用来代替构成结构材料的元素(例如铁、铬等)的洗脱(具体地说，铁、铬等的氧化反应)，从而抑制构成该结构材料的元素，包括铁、铬等的洗脱，并且也防止已经沉积在该结构材料的表面上的上述氧化物膜脱落。
尽管包括钛氧化物的腐蚀抑制物质优选应该覆盖包括给水管道18的结构材料中与给水接触的整个表面，但是由于腐蚀抑制物质具有作为催化剂的功能，因此并不必然需要覆盖上述的整个表面。
在此，以下将描述关于腐蚀的流速依赖性的测试结果(图3)，关于腐蚀的温度依赖性的测试结果(图4)，以及关于腐蚀的抑制效果的测试结果(图5)。
图3示出在通过联氨将pH调节到9到10，并且溶解氧浓度控制到2ppb或者更小的150℃水溶液中碳素钢的腐蚀的流速依赖性。对于仅碳素钢的试样，随着流速增加，腐蚀速率增加。相比较而言，对于沉积有钛氧化物的试样，抑制了腐蚀相对于流速的增加速率。因而，如果流速为1m/sec或者更大以及20m/sec或者更小，则通过在碳素钢的表面上沉积钛氧化物，可以预期抑制腐蚀的效果。
图4示出在15m/sec的流速条件下，通过使用仅碳素钢的试样和表面沉积有钛氧化物的碳素钢的试样，并且使用通过联氨将pH调节到9到10并且溶解氧浓度控制到2ppb或者更小的水溶液进行的测试的结果。仅碳素钢的试样表现出腐蚀速率关于温度的依赖性的特征属性，并且在大致140到150℃附近腐蚀速率增加。
另一方面，对于沉积有钛氧化物的碳素钢的试样，腐蚀速率降低，并且关于温度的依赖性变小。沉积有钛氧化物的碳素钢的试样表现出在低温区域和高温区域中抑制腐蚀的效果，并且表现出例如对于具有温度梯度的管道的效果。根据上述结果发现，至少钛氧化物能够提供抑制对于整个压水型原子能发电厂的二次系统12的腐蚀的效果。
图5示出通过使用仅碳素钢的试样和表面沉积有钛氧化物的碳素钢的试样确定腐蚀速率的腐蚀抑制测试的结果。将两个试样均浸入流速为大致15m/sec，温度为150℃并且溶解氧浓度小于5ppb的水溶液中分别持续500小时和1000小时。在这种情况下，水溶液处于氧量充分低并且氧化物膜抵制(resist)形成在碳素钢表面上的环境中。在500小时并且1000小时的情况下，沉积有钛氧化物的碳素钢的试样的腐蚀速率表现出比仅碳素钢的试样的腐蚀速率更小的值。因此，即使在没有注入诸如氧的氧化剂的环境中，通过在碳素钢上沉积钛氧化物，也能够抑制碳素钢的腐蚀，特别是流动加速型腐蚀。在这种情况下，钛氧化物的必要量为5μg/cm2或者更多。
而且，图6中示出关于除了钛氧化物之外的腐蚀抑制物质的腐蚀抑制测试的结果。图6是通过使用通过将化合物注入到高温水中而分别沉积在表面上的具有50μg/cm2或者更多的铌氧化物(Nb2O5)，铈氧化物(CeO2)和钇氧化物(Y2O3)来代替钛氧化物的碳素钢的试样进行的洗脱抑制测试的结果。可以理解，通过在碳素钢上沉积用作腐蚀抑制物质的上述氧化物，与钛氧化物的情况类似，与仅碳素钢的情况相比较，铁从试样洗脱的速率降低。对于钕氧化物(Nd2O3)、锆氧化物(ZrO2)和镧氧化物(La2O3)，也获得类似的测试结果。
另一方面，在压水型原子能发电厂的二次系统12中，将每一种上述物质(特别是钇、铈和镧)以氢氧化物的状态注入且沉积在碳素钢上，并且在操作该二次系统12时从氧化剂注入线路23注入诸如氧的氧化剂。根据这样的注入，所沉积的氢氧化物被氧化剂氧化并且形成为氧化物。进而，通过在具有诸如氢氧化物的高粘合属性的状态下在诸如给水管道18的结构材料的表面上沉积腐蚀抑制物质并且通过氧化该腐蚀抑制物质，腐蚀抑制效果变得更强。
在压水型原子能发电厂的二次系统12中，脱气器21的下游侧处于比其上游侧更高温度的状态下，处于如上所述发生流动加速型腐蚀的区域中，并且处于抵制形成氧化物膜的环境中。
然后，将诸如氧的氧化剂从氧化剂注入线路23注入到该脱气器21的下游侧的包括给水管道18的结构材料中的给水中，以使得该给水中的溶解氧浓度变为5ppb或者更大。根据这样的氧化剂注入，可以可靠地在与脱气器21的下游侧的结构材料的给水接触的表面上形成氧化物膜并且在该氧化物膜上沉积从腐蚀抑制物质引入线路24注入的腐蚀抑制物质(例如钛氧化物)。因而，增强了对于该结构材料的腐蚀抑制效果，并且因此，沉积在该结构材料的表面上的腐蚀抑制物质的量并不必然需要为5μg/cm2或者更多。
图7示出通过将表面形成有氧化物膜的碳素钢的试样浸入氧化大气中，并且将在该氧化物膜上沉积有钛氧化物的试样浸入具有50ppb的溶解氧浓度，中性和温度为150℃的水溶液中进行的洗脱抑制测试的结果。通过溅射沉积钛氧化物，并且沉积量为50μg/cm2。根据该测试结果可以理解，与仅具有氧化物膜的试样相比较，沉积有钛氧化物的试样的洗脱速率降低。通过氧化物膜和钛氧化物的组合可靠地抑制了腐蚀。
因此，当前实施例获得以下效果。具体地说，通过形成用于抑制构成诸如给水管道18的结构材料的元素的洗脱的氧化物膜，并且在发生流动加速型腐蚀的结构材料的表面上沉积腐蚀抑制物质(例如钛氧化物)，当前实施例能够可靠地抑制腐蚀现象，诸如流动加速型腐蚀、由局部环境差异造成的腐蚀以及压水型原子能发电厂的二次系统12中所关注的均匀腐蚀。在这种情形下，不必向给水中注入对环境产生影响的作为强力药剂的类似胺，诸如氨和联氨的的化学制剂。
由于抑制了诸如给水管道18的结构材料的腐蚀，当前实施例能够降低从该结构材料洗脱并且流入蒸汽生成器13中的元素的量，从而抑制水锈和污垢在蒸汽生成器13上的沉积。因此，当前实施例能够降低用于去除蒸汽生成器13中的水锈和污垢的必要工作量，并且能够降低用于操作、维护等的成本。
[第二实施例(图1和图8)]
图8是示出在应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第二实施例的情况下铁洗脱的氢依赖性的柱形图。在第二实施例中，使用与图1中相同的附图标记指代与第一实施例中相同的部分，并且将简化或者省略描述。
当前实施例与第一实施例的不同点在于，除了从氧化剂注入线路23向流经诸如给水管道18的结构材料的给水中注入诸如氧的氧化剂，以及在与该结构材料的该给水接触的表面上沉积从腐蚀抑制物质引入线路24注入的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质之外，还向该给水中注入氢。
可以将氢注入到与给水管道18中氧化剂注入线路23或者腐蚀抑制物质引入线路24相同的位置中，或者可以注入到除氧化剂注入线路23和腐蚀抑制物质引入线路24之外的另一位置中。优选将氢注入到与腐蚀抑制物质引入线路24相同的位置中或者其附近。
已经在给水中溶解的氢通过诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质的催化作用而氧化，并且抑制构成诸如给水管道18的结构材料的元素(铁、铬等)的洗脱(换言之，氧化反应)。氢的这一氧化反应能够通过比在第一实施例中上述氧化水的反应的情况下腐蚀抑制物质的更小沉积量，来抑制构成结构材料的元素的洗脱。
如图8所示，在沉积有5μg/cm2钛氧化物的碳素钢的试样和沉积有20μg/cm2钛氧化物的碳素钢的试样之间，并且在将试样浸入注入氢并且溶解氢浓度为大致10ppb的水溶液中的情况和将试样浸入没有注入氢的水溶液中的情况之间，比较碳素钢中铁的洗脱速率。根据图8的柱形图可以理解，在注入氢的水溶液的情况下，即使沉积的钛氧化物的量较小，也能够降低铁的洗脱速率。
因而，即使在降低诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质的沉积量时，通过注入氢也能够实现抑制结构材料的腐蚀的效果。例如，通过向给水中注入氢以使得给水的溶解氢浓度为1ppb或者更大(例如大致10ppb)，即使将诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质的沉积量控制到5μg/cm2或者更小，也可以充分实现腐蚀抑制效果。
因此，除了与由第一实施例实现的相同效果，当前实施例还实现以下效果。具体地说，通过向给水中注入氢，能够降低用于抑制诸如给水管道18的结构材料的腐蚀所必需的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质的沉积量。
[第三实施例(图1和图9)]
图9是表示在应用根据本发明的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法的第三实施例的情况下腐蚀量和腐蚀电位之间关系的曲线图。在第三实施例中，使用与图1中相同的附图标记指代与第一实施例中相同的部分，并且将简化或者省略描述。
第三实施例与第一实施例的不同点在于：监视与例如给水管道18的结构材料的给水接触的表面的腐蚀电位，从而控制要从氧化剂注入线路23注入到给水中的诸如氧的氧化剂的量。
图9表示基于通过将碳素钢的试样浸入50ppb的溶解氧浓度的150℃水溶液中进行的洗脱测试的试样表面的腐蚀量(洗脱的铁的量)和腐蚀电位之间的关系。在开始时腐蚀电位保持较低，并且随后随着氧化物膜的形成而升高。另一方面，可以理解，在开始时腐蚀量较大，但是由于腐蚀电位随着氧化物膜的形成而升高，腐蚀量根据腐蚀电位的升高而逐渐减少。
在图1所说明的压水型原子能发电厂的二次系统12中，将诸如氧的氧化剂从氧化剂注入线路23注入到给水中，从而在与给水接触的结构材料的表面上形成氧化物膜。此时，腐蚀电位计25测量和监视该结构材料(例如给水管道18)的上述表面的腐蚀电位的改变。在腐蚀电位充分升高时，在结构材料的表面上形成必需量的氧化物膜，并且即使在给水中的溶解氧浓度降低(例如图9中从50ppb降低到10ppb)时，结构材料的腐蚀量也不改变。由于该事实，在要由腐蚀电位计25测量的结构材料(例如给水管道18)的表面的腐蚀电位充分升高时，要从氧化剂注入线路23注入的氧化剂(例如氧)的量减少或者维持。
因此，除了与第一实施例中类似的效果，当前实施例获得以下效果。具体地说，通过监视诸如给水管道18的结构材料的表面的腐蚀电位并且控制要注入到给水中的氧化剂的量，能够减少要使用的氧化剂的量并且能够降低操作成本。
[第四实施例(图10)]
图10是在应用根据本发明的沸水型原子能发电厂的操作方法的第四实施例的情况下沸水型原子能发电厂的示意性系统图。
如图10所示，在沸水型原子能发电厂26中，已在压力容器27中生成的蒸汽被引入到高压涡轮机28中，在那里工作，然后通过水分分离器29进行水分去除，被加热，然后被引入到低压涡轮机30中并且在那里工作。在该低压涡轮机30中工作的蒸汽被冷凝器31冷凝变为冷凝水。在从冷凝器31到达压力容器27的给水管道32中，顺序设置冷凝泵33、低压给水加热器34和高压给水加热器35。
从冷凝器31排放的冷凝水变为给水，由低压给水加热器34和高压给水加热器35加热以变为高温状态，并且被引入到压力容器27中。
在从冷凝器31到达压力容器27的给水管道32内部流动的给水的温度为15℃或者更高以及320℃或者更低。而且，在从冷凝器31到达压力容器27的给水管道32内部流动的给水的流速在1m/sec或者更大以及20m/sec或者更小的范围内。
构成各种仪器以及构成该沸水型原子能发电厂26的管道，特别是与高温给水接触的给水管道32、冷凝泵33、低压给水加热器34和高压给水加热器35的结构材料由诸如不锈钢的钢材料、诸如镍基合金的非铁材料或者诸如铜和铝的非铁金属构成。
如上所述，与压水型原子能发电厂的二次系统类似，沸水型原子能发电厂满足本发明能够被应用的条件。因此，与第一实施例中所示的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法类似，通过在冷凝器31的下游侧以及给水管道32中低压给水加热器34的上游侧的位置，例如在冷凝泵33的下游侧附近，安装用作氧化剂注入单元工作的氧化剂注入线路36，并且从氧化剂注入线路36向给水中注入氧化剂(例如氧)，给水水质中溶解氧浓度升高，并且在与诸如给水管道32的结构材料的给水接触的表面上形成抑制构成该结构材料的元素，例如铁、铬等的洗脱的氧化物膜。
同时，在沸水型原子能发电厂26中，用作腐蚀抑制物质引入单元的腐蚀抑制物质引入线路37安装在冷凝器31的下游侧以及给水管道32的低压给水加热器34的上游侧的位置，例如在冷凝泵33的下游侧附近。进而，不需要单独安装上述的氧化剂注入线路36和腐蚀抑制物质引入线路37，氧化剂注入线路36也可以由相同的注入线路构成。
包括位于低压给水加热器34的下游侧的给水管道32、低压给水加热器34和高压给水加热器35的结构材料是发生由给水的流动而加速腐蚀(流动加速型腐蚀)的区域。
通过从腐蚀抑制物质引入线路37向给水中引入包括钛氧化物的腐蚀抑制物质，可以在发生流动加速型腐蚀的结构材料的表面上沉积包括钛氧化物的腐蚀抑制物质。
当包括钛氧化物的腐蚀抑制物质在高温和高压下沉积在结构材料的表面上时，腐蚀抑制物质实现促进水的氧化反应的催化作用来代替构成结构材料的元素(例如铁、铬等)的洗脱(具体地说，铁、铬等的氧化反应)，从而抑制构成结构材料的包括铁和铬的元素的洗脱并且防止上述沉积在结构材料的表面上的氧化物膜脱落。
而且，与在压水型原子能发电厂的二次系统12中进行的第二实施例类似，除了在结构材料的表面上沉积从腐蚀抑制物质引入线路37注入的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质，还通过从腐蚀抑制物质引入线路37向给水中注入氢，可以抑制构成结构材料的元素的洗脱。
而且，与在压水型原子能发电厂的二次系统12中进行的第三实施例类似，除了在给水管道32等的表面上沉积从腐蚀抑制物质引入线路37注入的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质之外，还通过从氧化剂注入线路36向给水注入氧化剂以在与给水接触的结构材料的表面上形成氧化物膜并且通过使用测量给水管道32等的表面的腐蚀电位变化的腐蚀电位计38控制待注入的氧化剂的量，可以减少所使用的氧化剂的量并且降低操作成本。
[第五实施例(图11)]
图11是火力发电厂的示意性系统图，该火力发电厂应用根据本发明的火力发电厂的操作方法的第五实施例。
如图11所示，在火力发电厂39中，已在锅炉40中生成的蒸汽被引入到高压涡轮机41中，在那里工作，在再加热器42中被加热，然后被引入到中间压力涡轮机43中并且在那里工作。在中间压力涡轮机43中工作的蒸汽进一步在低压涡轮机44中工作，并且所生成的蒸汽在冷凝器45中被冷凝变为冷凝水。在从冷凝器45到达锅炉40的给水管道46中，顺序设置冷凝泵47、低压给水加热器48、脱气器49和高压给水加热器50。从冷凝器45排放的冷凝水变为给水，在低压给水加热器48、脱气器49和高压给水加热器50中加热变为高温状态，并且被引入到锅炉40中。在该结构中，可以省略脱气器49。
在从冷凝器45到达锅炉40的给水管道46内部流动的给水温度为15℃或者更高以及320℃或者更低。而且，在从冷凝器45到锅炉40的给水管道46内部流动的给水的流速在1m/sec或者更大以及20m/sec或者更小的范围内。
各种仪器以及构成该火力发电厂39的管道，特别是与高温给水接触的给水管道46、冷凝泵47、低压给水加热器48、脱气器49和高压给水加热器50的结构材料由诸如不锈钢的钢材料、诸如镍基合金的非铁材料或者诸如铜和铝的非铁金属构成。
如上所述，与压水型原子能发电厂的二次系统类似，由于火力发电厂满足应用于本发明的条件，因此，与在第一实施例中示出的压水型原子能发电厂的二次系统的操作方法类似，通过在冷凝器45的下游侧并且在给水管道46中低压给水加热器48的上游侧的位置，例如在冷凝泵47的下游侧附近，安装用作氧化剂注入单元的氧化剂注入线路51，并且从氧化剂注入线路51向给水中注入氧化剂(例如氧)，给水水质中的溶解氧浓度升高，并且在与诸如给水管道46的结构材料的给水接触的表面上形成抑制构成该结构材料的元素，例如铁、铬等的洗脱的氧化物膜。
同时，在该火力发电厂39中，用作腐蚀抑制物质引入单元的腐蚀抑制物质引入线路52安装在脱气器49的下游侧以及给水管道46中高压给水加热器50的上游侧的位置。
包括给水管道46和位于脱气器49的下游侧的高压给水加热器50的结构材料位于发生由给水的流动而加速腐蚀(流动加速型腐蚀)的区域中。通过从腐蚀抑制物质引入线路52向给水中引入包括钛氧化物的腐蚀抑制物质，可以在发生流动加速型腐蚀的结构材料的表面上沉积包括钛氧化物的腐蚀抑制物质。在不包括脱气器49的配置中，腐蚀抑制物质引入线路52可以安装在冷凝器45的下游侧以及低压给水加热器48的上游侧的位置，因而与氧化剂注入线路51共同形成同一线路。
当包括钛氧化物的腐蚀抑制物质在高温和高压下沉积在结构材料的表面上，并且腐蚀抑制物质实现促进水的氧化反应的催化作用来代替构成结构材料的元素(例如铁、铬等)的洗脱(具体地说，铁、铬等的氧化反应)时，能够抑制构成结构材料的包括铁、铬等的元素的洗脱并且防止已沉积在结构材料表面上的上述氧化物膜脱落。
而且，与在压水型原子能发电厂的二次系统12中进行的第二实施例类似，除了在结构材料的表面上沉积从腐蚀抑制物质引入线路52注入的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质，还通过从腐蚀抑制物质引入线路52向给水中注入氢，可以抑制构成结构材料的元素的洗脱。
而且，与在压水型原子能发电厂的二次系统12中进行的第三实施例类似，除了在给水管道的表面上沉积从腐蚀抑制物质引入线路52注入的诸如钛氧化物的腐蚀抑制物质之外，还通过从氧化剂注入线路51向给水注入氧化剂以在与给水接触的结构材料的表面上形成氧化物膜，并且通过使用测量给水管道46的表面的腐蚀电位变化的腐蚀电位计53控制待注入的氧化剂的量，可以降低所使用的氧化剂的量并且降低操作成本。

Claims (16)

1.一种以下任一工厂的操作方法，所述工厂包括：
压水型原子能发电厂的二次系统，所述二次系统至少具有在从冷凝器到达蒸汽生成器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，或者所述二次系统还具有设置在所述低压给水加热器和所述高压给水加热器之间的脱气器，并且所述二次系统将高温给水引导到所述蒸汽生成器；
沸水型原子能发电厂的一次系统，所述一次系统具有在从冷凝器到达压力容器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述一次系统将高温给水引导到所述压力容器；以及
火力发电厂的给水系统，所述给水系统至少具有在从冷凝器到达锅炉的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，或者所述给水系统还具有设置在所述低压给水加热器和所述高压给水加热器之间的脱气器，并且所述给水系统将高温给水引导到压力反应容器，
所述工厂的操作方法包括：
通过在所述高温给水中注入氧化剂，在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器、所述脱气器和所述高压给水加热器的结构材料的表面上形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜；
在供应所述给水期间引入腐蚀抑制物质；以及
在发生由所述给水的流动而加速腐蚀的区域中的所述结构材料的所述表面上沉积腐蚀抑制物质。
2.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中所述膜是构成所述结构材料的所述元素的氧化物膜。
3.根据权利要求2所述的工厂操作方法，其中通过向所述高温给水中注入诸如氧、过氧化氢和臭氧的氧化剂来形成所述氧化物膜。
4.根据权利要求3所述的工厂操作方法，其中在所述冷凝器的下游侧并且在所述给水管道中的所述低压给水加热器的上游侧注入所述氧化剂。
5.根据权利要求3所述的工厂操作方法，其中注入待注入到所述给水中以形成所述膜的所述氧化剂，以使所述给水中的溶解氧浓度为5ppb或者更高。
6.根据权利要求3所述的工厂操作方法，其中通过监视所述给水的腐蚀电位来控制待注入到所述给水中的所述氧化剂的注入量。
7.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中所述腐蚀抑制物质是包含选自Ti、Zr、Ce、Nb、La、Nd和Y中的一个或者多个元素的氧化物或者氢氧化物。
8.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中所述腐蚀抑制物质是钛氧化物并且5μg/cm2或者更多的钛氧化物沉积在所述结构材料的所述表面上。
9.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中所述腐蚀抑制物质处于胶体状态或者具有细颗粒直径的浆体状态，并且通过溅射、热溅射或者注入到所述给水中，将所述腐蚀抑制物质沉积在所述结构材料的所述表面上。
10.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中在所述冷凝器的下游侧并且在所述给水管道中的所述高压给水加热器的上游侧引入所述腐蚀抑制物质。
11.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中在诸如所述给水管道的所述结构材料的内部流动的所述给水具有15℃或者更高以及350℃或者更低的温度。
12.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中加速腐蚀的所述给水的流具有1m/sec或者更大以及20m/sec或者更小的流速。
13.根据权利要求1所述的工厂操作方法，其中在诸如所述给水管道的所述结构材料的内部流动的所述给水中注入氢。
14.根据权利要求13所述的工厂操作方法，其中注入所述氢以使所述给水中的溶解氢浓度为1ppb或者更高。
15.一种压水型原子能发电厂的二次系统的操作系统，所述二次系统具有在从冷凝器到达蒸汽生成器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器、脱气器和高压给水加热器，并且所述二次系统将高温给水引导到所述蒸汽生成器，所述工厂操作系统包括：
氧化剂注入单元，所述氧化剂注入单元设置在所述冷凝器的下游侧并且所述给水管道中的所述低压给水加热器的上游侧，并且所述氧化剂注入单元将氧化剂注入在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器、所述脱气器和所述高压给水加热器等结构材料的表面上，以形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜；以及
腐蚀抑制物质引入单元，所述腐蚀抑制物质引入单元设置在所述脱气器的下游侧并且所述给水管道中的所述高压给水加热器的上游侧，并且所述腐蚀抑制物质引入单元引入腐蚀抑制物质以在发生由所述给水的流动而加速腐蚀的所述结构材料的所述表面上沉积所述腐蚀抑制物质。
16.一种沸水型原子能发电厂或者火力发电厂的操作系统，所述沸水型原子能发电厂具有在从冷凝器到达压力反应容器的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述沸水型原子能发电厂将高温给水引导到所述蒸汽生成器，所述火力发电厂具有在从冷凝器到达锅炉的给水管道中顺序设置的低压给水加热器和高压给水加热器，并且所述火力发电厂将高温给水引导到所述锅炉，
所述工厂操作系统包括注入单元，所述注入单元设置在所述冷凝器的下游侧并且所述给水管道中的所述低压给水加热器的上游侧，并且所述注入单元将氧化剂注入在与所述高温给水接触的诸如所述给水管道、所述低压给水加热器和所述高压给水加热器的结构材料的表面上，以形成用于抑制构成所述结构材料的元素的洗脱的膜，或者所述注入单元注入腐蚀抑制物质，以在所述结构材料的所述表面上沉积所述腐蚀抑制物质。
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