CN106053290A - 一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置 - Google Patents

Abstract

本发明的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置包括反应组件、酸性气体吸收及排水组件、液体收集计量组件三大部分。通过各部分精巧的设计、连接，将实验装置的各组件数量在保证实验准确度和精确度的前提下降至最低，利用排水法检测生成的氢气体积实现了对核电站蒸汽发生器沉渣中Fe含量的精确快捷测定。

Description

一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置

技术领域

本发明涉及核电站维护装置，更具体的说，涉及一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，主要用于核电站大小修时蒸汽发生器冲洗沉渣中Fe含量分析，为评价蒸汽发生器冲洗是否过度提供依据。

背景技术

蒸汽发生器冲洗是核电大小修期间必不可少的对蒸发器进行保养的措施，但是过度冲洗会对蒸汽发生器造成损害，沉渣反应的结果是判定蒸汽发生器是否过度冲洗的重要依据。沉渣反应集气装置用于沉渣反应结果的测量和评价，其主要原理是通过测定盐酸与沉渣反应产生的氢气体积，测定沉渣中Fe含量。目前各核电站普遍使用的沉渣反应装置如图1所示，包括反应组件和气体收集部分，反应组件包括恒温槽21、试管架22、反应管23(100mL)、第一胶塞24，气体收集部分包括水槽26、集气管27(100mL)、试管架28，反应组件和气体收集部分通过导气软管25连通。使用时将恒温槽21中注入0.1％NaOH溶液(质量分数)用于设备防腐并在实验中保持恒温槽中溶液温度始终为60℃；向水槽26中加入0.5％NaOH溶液(质量分数)，将集气管充满水槽26中的0.5％NaOH溶液后倒扣于水槽26中并用试管架28固定，将一定质量的蒸汽发生器冲洗沉渣(空白组不放入沉渣)加入到反应管23中，再加入一定体积的浓盐酸后立即盖上反应管23的胶塞，反应结束后读取集气管27中气体体积即可计算出沉渣中Fe含量，给出沉渣组成，用于冲洗是否过度的评价。

现有沉渣反应装置存在以下不足：

1.实验结果精确度差(表现为多次实验得到的空白结果不相同。由实验中盐酸挥发强烈和集气管中0.5％NaOH溶液对挥发出的盐酸吸收能力有限引起)。

2.实验结果准确度低(表现为实验结束时有很大概率集气管中收集的气体体积比空白组少，且气体收率不稳定。由实验中盐酸挥发强烈和集气管中0.5％NaOH溶液对挥发出的盐酸吸收能力有限每次实验时吸收率受多种因素影响，吸收率不恒定引起)。

3.实验中由于盐酸的挥发腐蚀导气软管致使导气软管断裂，气体收集失败率高。且需要每次实验后更换新导气软管，对人力物资消耗量大。

4.实验后期因盐酸挥发速率降低，水槽内0.5％NaOH溶液会倒吸入反应管，中和反应管中的盐酸，阻止反应完全进行，致使反应结果不可信。

5.由于盐酸挥发严重且集气管内0.5％NaOH溶液对挥发出的盐酸吸收能力有限，空白组产生气体体积相对于沉渣反应产生气体体积过大，对读数产生较大误差。

6.集气管体积偏小，加上空白产生气体过多，实验中很容易产生的气体总量超过集气管最大容积(100mL)，致使实验失败。

7.集气管部分淹没于0.5％NaOH溶液中，读取气体体积困难。

8.由于集气管外壁沾有0.5％NaOH溶液非常湿滑，实验开始阶段很难将集气管充满0.5％NaOH溶液后倒扣于水槽并固定于试管架上。

9.集气管需要专门定做，损坏后难以补充采购。

10.实验时水槽中需装满0.5％NaOH液体(约15L)，药品消耗量大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：提供一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，解决现有技术的沉渣反应装置的精确度差、准确度低、容易发生倒吸现象等问题。

本发明为了解决上述问题，提供的技术方案为：提供一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，包括：

反应组件，包括容纳有恒温液的恒温槽、浸没于所述恒温液中的反应管；

酸性气体吸收及排水组件，包括第一广口瓶、设置在所述第一广口瓶瓶口的第二胶塞、贯穿所述第二胶塞的第一玻璃管和第二玻璃管，所述第一玻璃管插入所述第一广口瓶的一端位于所述第一广口瓶内的液面之上，所述第二玻璃管插入所述第一广口瓶的一端位于所述第一广口瓶内的液面之下；

液体收集计量组件，包括第二广口瓶、设置在所述第二广口瓶瓶口的第三胶塞、贯穿所述第三胶塞的第三玻璃管和第四玻璃管，所述第三玻璃管以及所述第四玻璃管插入所述第二广口瓶的一端都位于所述第二广口瓶内的液面之上；

其中，所述反应管与所述第一玻璃管通过导气软管连通，所述第二玻璃管与所述第三玻璃管通过导液软管连通。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述反应管的管口设置有第一胶塞；所述反应管的管口位于所述恒温槽的液面之上，所述反应管的管底位于所述恒温槽的液面之下。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述反应组件还包括用于固定所述反应管的试管架。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述导气软管和所述导液软管内径小于4.5mm。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述第一玻璃管、所述第二玻璃管、所述第三玻璃管和所述第四玻璃管内径均小于4.5mm。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述第二广口瓶的瓶壁上带有容积刻度。

在本发明提供的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置中，所述第一广口瓶和所述第二广口瓶的瓶口均为磨砂口。

实施本发明，具有以下有益效果：本发明的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置包括反应组件、酸性气体吸收及排水组件、液体收集计量组件三大部分。通过各部分精巧的设计、连接，将实验装置的各组件数量在保证实验准确度和精确度的前提下降至最低，利用排水法检测生成的氢气体积实现了对核电站蒸汽发生器沉渣中Fe含量的精确快捷测定。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为现有技术中核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置的组成示意图；

图2为本发明的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置较佳实施例的组成示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行具体描述。

机组在运行过程中，二回路水在进入蒸汽发生器进行热交换时，水中的杂质会沉积到蒸汽发生器(Steam Generator，下文简称SG)二次侧管板处，并且不断膨胀，致使换热管管端可能会产生管壁凹陷和圆周裂纹的现象。蒸汽发生器冲洗的目的，是将管板平面的这些沉积物清除，避免管壁产生凹陷和裂纹。

在蒸器发生器冲洗过程中，通过对冲洗水的化学监督，控制冲洗质量；通过对残渣的化学分析，评价蒸发器冲洗的工艺水平、机组正常运行过程中二回路管道的腐蚀情况和二回路水质的控制质量。

图2示出了本发明的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置较佳实施例的组成，用于对核电站蒸汽发生器沉渣中Fe含量的精确快捷测定，如图2所示，该沉渣反应装置包括反应组件、酸性气体吸收及排水组件、液体收集计量组件。分别介绍如下：

反应组件，包括容纳有恒温液的恒温槽1、浸没于恒温液中的反应管3；其中反应管3反应管容积为50-100mL，恒温液在实验过程中维持在60℃；

酸性气体吸收及排水组件，包括第一广口瓶7、设置在第一广口瓶7瓶口的第二胶塞10、贯穿第二胶塞10的第一玻璃管8和第二玻璃管9，第一玻璃管8插入第一广口瓶7的一端位于第一广口瓶7内的液面之上，第二玻璃管9插入第一广口瓶7的一端位于第一广口瓶7内的液面之下；

液体收集计量组件，包括第二广口瓶11、设置在第二广口瓶11瓶口的第三胶塞12、贯穿第三胶塞12的第三玻璃管13和第四玻璃管14，第三玻璃管13以及第四玻璃管14插入第二广口瓶11的一端都位于第二广口瓶11内的液面之上；

其中，反应管3与第一玻璃管8通过导气软管5连通，第二玻璃管9与第三玻璃管13通过导液软管6连通，第二胶塞10、第三胶塞12别与第一广口瓶7、第二广口瓶11口径相配套。

本实施例的沉渣反应装置具有如下优点：

1.实验结果精度高(实验中盐酸挥发量极低，加上挥发的盐酸经过第一广口瓶7中0.5％NaOH溶液的吸收，多次实验结果证明空白为0mL)。

2.实验结果准确率高(由于通过气体吸收及排水部分的吸收有效的排除了实验中盐酸挥发对实验结果的影响，加上装置密闭性良好，使用分析纯Fe粉进行实验其气体收率可以达到90％以上，准确率高)。

3.通过反应装置的改进与实验方法改进相结合，有效避免了实验中盐酸挥发导致的导气软管断裂问题，节约人力物力。

4.通过在本专利中引入酸性气体吸收及排水组件和对实验装置的全新设计有效避免了实验末期第一广口瓶7中0.5％NaOH溶液倒吸现象的发生，使反应更加彻底，结果更加可信。

5.由于通过气体吸收及排水部分的吸收有效的排除了实验中盐酸挥发对实验结果的影响，使得实验中空白组实验后测得产生的气体体积为0mL，避免了空白组产生气体体积相对于沉渣反应产生气体体积过大对读数产生较大误差的可能。

6.本专利所有组件不需专门定制，均已在市场上批量工业化生产，购买方便，可替代性强。

7.实验后酸性气体吸收及排水组件，以及液体收集计量组件的广口瓶中0.5％NaOH溶液可以重复利用，且实验开始时加入第一广口瓶7中0.5％NaOH溶液本身体积较小，节约药品。

在本发明的另一较佳实施例中，反应管3的管口设置有第一胶塞4，第一胶塞4与反应管3的口径相配套；反应管3的管口位于恒温槽1的液面之上，反应管3的管底位于恒温槽1的液面之下。为了方便操作，反应组件还包括用于固定反应管3的试管架2。第一胶塞4、第二胶塞10、第三胶塞12的使用，使得沉渣反应装置密闭性良好，内部环境与外部完全隔离，避免漏气导致的实验误差。

在本发明的另一较佳实施例中，导气软管5、导液软管6均为硅胶软管且口径与各自连接部相配套保证实验中不漏气，为保证实验相对误差较小导气软管5、导液软管6内径需小于4.5mm。第一玻璃管8、第二玻璃管9、第三玻璃管13、第四玻璃管14均为玻璃管，为保证实验相对误差较小，第一玻璃管8、第二玻璃管9、第三玻璃管13、第四玻璃管14内径需小于4.5mm。

在本发明的另一较佳实施例中，第二广口瓶11的瓶壁上带有容积刻度。本实施例中，只需实验后读取液体收集计量组件第二广口瓶11带刻度的广口瓶中液体体积即可(与反应中产生的氢气体积相等)，直观方便。

在本发明的另一较佳实施例中，第一广口瓶7、第二广口瓶11均为250mL玻璃质地磨砂口带容积刻度广口瓶，本实施例中由于酸性气体吸收及排水组件和液体收集计量组件使用的均为250mL玻璃质地磨砂口带容积刻度广口瓶，因此对实验中产生气体的有效测定范围是0-200mL，且由于空白组产生气体体积为0mL，完全满足核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应产生的气体体积需求，杜绝了实验中产生气体超出实验装置量程可能，有效避免了实验失败情形。

本发明在核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应中的具体使用方式如下：

1.按照图2连接好各装置，并确保各部分连接紧密，不漏气；

2.在恒温槽1中注入0.1％NaOH溶液(质量分数)防止设备腐蚀并将使恒温槽中温度在实验过程中维持在60℃；

3.向第一广口瓶7中注入220mL 0.5％NaOH溶液(质量分数)用于吸收实验中挥发出的盐酸气体并作为排水法的液体介质；实验开始前保证第二广口瓶11中没有任何液体；

4.检查并保证第一玻璃管8插入第一广口瓶7较浅，且实验中其下端始终位于第一广口瓶7中NaOH溶液液面以上，防止倒吸现象；

5.检查并保证第二玻璃管9插入第一广口瓶7较深，且实验中其下端始终位于第一广口瓶7中NaOH溶液液面以下。

6.检查并保证第三玻璃管13插入第二广口瓶11较浅，且实验中其下端始终位于第一广口瓶7和第二广口瓶11中NaOH溶液液面以上以防止虹吸现象；

7.检查并保证第四玻璃管14插入第二广口瓶11较浅，且实验中其下端始终位于第二广口瓶11中NaOH溶液液面以上，保证其两端始终与空气接触，使第二广口瓶11中压力始终为大气压力。

8.检查并保证第二胶塞10、第三胶塞12胶塞塞紧。

9.将第一胶塞4取下，向反应管3中加入核电站蒸汽发生器冲洗沉渣0.200-0.500g(空白组不加入沉渣)，和6mol/L盐酸20mL，迅速使用第一胶塞4塞紧反应管3管口。

10.反应进行阶段第一广口瓶7中的0.5％NaOH液体会被连续通过导液软管6和第三玻璃管13压入第二广口瓶11中，待反应结束后，读取第二广口瓶11(带刻度)中0.5％NaOH液体体积，其就是反应中产生氢气体积。

11.利用反应中产生氢气体积和反应前加入反应管3中的蒸汽发生器沉渣质量计算出沉渣中Fe含量，为核电站蒸汽发生器冲洗过程进行评价提供数据支持。

与现有技术相比，在使用本发明核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置进行核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应实验时，能有效提高实验数据的精确性和准确性，为正确评价核电站蒸汽发生器冲洗是否过度提供可靠依据，避免未及时发现过度冲洗所带来的损失。

本发明已经在阳江核电Y201大修中替代原实验装置进行了蒸汽发生器沉渣反应实验，实验结果用于评价Y201大修蒸汽发生器是否冲洗过度。

在本发明的最佳实施例中，反应组件包括恒温槽1、试管架2、反应管3、第一胶塞4；酸性气体吸收及排水组件包括第一广口瓶7、第一玻璃管8、第二玻璃管9、第二胶塞10；液体收集计量组件包括第二广口瓶11、第三胶塞12、第三玻璃管13、第四玻璃管14。反应组件与酸性气体吸收及排水组件通过导气软管5连通，酸性气体吸收及排水组件与液体收集计量组件通过导液软管6连通。

实施本发明的最佳实施例，具有如下优点：

1.酸性气体吸收及排水组件通过第一玻璃管8、第二玻璃管9在第一广口瓶7广口瓶中插入深度的设计，使得酸性气体吸收及排水组件仅使用第一广口瓶7一个广口瓶就同时起到了：吸收酸性气体、充当排水法水介质储存容器、防止倒吸三重作用。不仅简化了实验装置的组成，还起到了提高实验结果精确度和准确度的作用(消除导致实验结果精确度和准确度极低的根源：实验过程中挥发的盐酸对实验结果产生的影响)。

2.通过第三玻璃管13在第二广口瓶11中插入深度的设计起到了防止实验过程中防止虹吸的作用，保证了实验结果的准确性。

通过第四玻璃管14在第二广口瓶11中插入深度的设计起到了实验过程中装置内气压始终与大气压相等，保证了实验结果的准确性。

3.通过在液体收集计量组件使用带有刻度的广口瓶第二广口瓶11起到了液体收集和体积读取二合一，即时读数的作用。

结果分析

通过上述装置，得到所收集的氢气体积后，沉渣样品中金属铁含量的计算公式如下：

$\begin{array}{c}y=(\frac{\frac{V_{H_2}}{1000}\×\frac{273.15}{298.15}}{22.4}\×55.85\×1000)/m\×100\%\\ =2.2842\×V_{H2}/m\×100\%\end{array}$

Fe＝X×Y

式中

Fe——沉渣样品中金属铁含量；

X——沉渣样品中粒径为0.5～1mm的沉渣含量；

Y——沉渣试样中金属铁含量测定值的平均值；

y——沉渣试样中金属铁含量；

V_H2——沉渣试样所收集的氢气体积，mL；

m——沉渣试样的重量，mg；

273.15——气体理想状态下的温度数值，K；

298.15——气体常温常压状态下的温度数值，K；

22.4——标准气体摩尔体积，L/mol；

55.85——铁的摩尔质量，g/mol。

滤芯所吸附的沉渣重量的计算公式如下：

M₂＝(B－A)/1000×n

M₃＝(B－A)/1000×n

式中

M₂——预过滤器滤芯吸附的沉渣重量，Kg；

M₃——过滤器滤芯吸附的沉渣重量，Kg；

B——冲洗后的预过滤器干滤芯或过滤器干滤芯的平均重量，g；

A——预过滤器所用新滤芯或过滤器所用新滤芯的平均重量，g；

n——滤芯数量。

每台SG的沉渣总重量的计算公式如下：

M＝M₁+M₂+M₃(每台SG冲洗完毕更换新过滤器滤芯情况下适用)

M＝M₁+M₂+M₃/3(三台SG冲洗使用同一套过滤器滤芯情况下适用)

式中

M——SG沉渣总重量，Kg；

M₁——沉渣样品总重量，Kg；

M₂——预过滤器滤芯所吸附沉渣重量，Kg；

M₃——过滤器滤芯所吸附的沉渣总重量，Kg；

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，包括：

反应组件，包括容纳有恒温液的恒温槽(1)、浸没于所述恒温液中的反应管(3)；

酸性气体吸收及排水组件，包括第一广口瓶(7)、设置在所述第一广口瓶(7)瓶口的第二胶塞(10)、贯穿所述第二胶塞(10)的第一玻璃管(8)和第二玻璃管(9)，所述第一玻璃管(8)插入所述第一广口瓶(7)的一端位于所述第一广口瓶(7)内的液面之上，所述第二玻璃管(9)插入所述第一广口瓶(7)的一端位于所述第一广口瓶(7)内的液面之下；

液体收集计量组件，包括第二广口瓶(11)、设置在所述第二广口瓶(11)瓶口的第三胶塞(12)、贯穿所述第三胶塞(12)的第三玻璃管(13)和第四玻璃管(14)，所述第三玻璃管(13)以及所述第四玻璃管(14)插入所述第二广口瓶(11)的一端都位于所述第二广口瓶(11)内的液面之上；

其中，所述反应管(3)与所述第一玻璃管(8)通过导气软管(5)连通，所述第二玻璃管(9)与所述第三玻璃管(13)通过导液软管(6)连通。

2.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述反应管(3)的管口设置有第一胶塞(4)；所述反应管(3)的管口位于所述恒温槽(1)的液面之上，所述反应管(3)的管底位于所述恒温槽(1)的液面之下。

3.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述反应组件还包括用于固定所述反应管(3)的试管架(2)。

4.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述导气软管(5)和所述导液软管(6)内径小于4.5mm。

5.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述第一玻璃管(8)、所述第二玻璃管(9)、所述第三玻璃管(13)和所述第四玻璃管(14)内径均小于4.5mm。

6.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述第二广口瓶(11)的瓶壁上带有容积刻度。

7.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器冲洗沉渣反应装置，其特征在于，所述第一广口瓶(7)和所述第二广口瓶(11)的瓶口均为磨砂口。