CN116516330A - 一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核电厂二回路系统设备内表面钝化技术领域，具体涉及一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统及方法，该方法包括：步骤1：在联氨计量箱B中配制联氨钝化液；步骤2：恢复凝结水精处理系统至全流量处理；步骤3：通过加联氨计量泵控制给水联氨浓度；步骤4：二回路系统和设备内表面钝化处理完成。本发明通过提高二回路联氨浓度的方式，可以高效、安全的在二回路系统管道和设备等表面进行钝化处理，以尽快修复钝化膜，达到降低设备腐蚀速率的技术效果。

Description

一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统及方法
技术领域
本发明属于核电厂二回路系统设备内表面钝化技术领域，具体涉及一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统及方法。
背景技术
核电机组停运期间，当二回路系统排水后，系统内湿度大，二回路系统管道和设备等处于潮湿状态，在氧气和二氧化碳作用下腐蚀速率大大增加。在机组停机阶段，需要提前对经过一个燃料循环后的系统设备表面出现破损的氧化膜进行修复，使其表面形成均匀且致密的钝化膜；机组启机阶段，需要修复在停运期间出现破损的氧化膜，以尽快形成稳定的钝化膜。
因此，需要采取针对性措施进行处理，或者通过添加缓蚀剂的方法减缓系统的腐蚀速率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统及方法，通过提高二回路联氨浓度的方式，可以高效、安全的在二回路系统管道和设备等表面进行钝化处理，以尽快修复钝化膜，达到降低设备腐蚀速率的技术效果。
实现本发明目的的技术方案：
一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，所述系统包括：凝汽器、凝结水泵、凝结水精处理系统、低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器、蒸汽发生器、汽轮发电机、加联氨计量泵、凝结水精处理系统旁路、联氨计量箱A；蒸汽发生器经汽轮发电机与凝汽器连接，凝汽器经凝结水泵与凝结水精处理系统连接；凝结水精处理系统并联连接凝结水精处理系统旁路，凝汽器经凝结水泵与凝结水精处理系统旁路连接，凝结水精处理系统旁路经低压加热器、除氧器、给水泵、高压加热器与蒸汽发生器连接；联氨计量箱A经加联氨计量泵与凝结水精处理系统连接。
所述系统还包括：联氨计量箱B，联氨计量箱B与联氨计量箱A并联，联氨计量箱B经加联氨计量泵与凝结水精处理系统连接。
所述系统还包括：给水取样管线，给水取样管线连接于高压加热器与蒸汽发生器之间。
一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，所述方法包括：
步骤1：在联氨计量箱B中配制联氨钝化液；
步骤2：恢复凝结水精处理系统至全流量处理；
步骤3：通过加联氨计量泵控制给水联氨浓度；
步骤4：二回路系统和设备内表面钝化处理完成。
所述步骤1具体为：机组停运前48小时，在联氨计量箱B中配制浓度为4-10％的联氨溶液。
所述步骤2具体为：在机组开始钝化前3小时，将凝结水精处理系统恢复至全流量运行。
所述步骤3具体为：
步骤(3.1)、根据给水联氨浓度计算公式设置加联氨计量泵的行程及频率；
步骤(3.2)、将联氨加药箱由联氨计量箱A切换至联氨计量箱B；
步骤(3.3)、联氨计量箱B中浓度为4-10％的联氨溶液通过加联氨计量泵，加入到凝结水精处理系统后的凝结水管线；
步骤(3.4)、根据给水联氨浓度计算公式调整加联氨计量泵的行程及频率后，2小时内从给水取样管线进行取样，联氨浓度满足联氨浓度范围后，每4小时从给水取样管线进行取样。
所述步骤(3.1)中的给水联氨浓度计算公式为：
式中：
C-给水联氨浓度，μg/L；
V1-加联氨泵额定流量，L/h；
d-加联氨泵实际行程，mm；
H-加联氨泵实际频率，Hz；
C1-联氨计量箱中联氨浓度，％；
d0-加联氨泵额定行程，mm；
H0-加联氨泵额定频率，Hz；
V2-给水流量，kg/s。
所述步骤(3.4)中联氨浓度范围为500-1500μg/L。
所述步骤4具体为：
步骤(4.1)、机组停机阶段，在汽轮机打闸前保持给水联氨浓度24-48小时后；机组启机阶段，在汽轮机冲转后保持给水联氨浓度24小时后，将联氨加药箱由联氨计量箱B切换至联氨计量箱A；
步骤(4.2)、根据给水联氨浓度计算公式设置加联氨计量泵的行程及频率后，从给水取样管线进行取样，确认联氨浓度满足＞20μg/L后，二回路系统和设备内表面钝化处理完成。
本发明的有益技术效果在于：
1、本发明利用联氨的化学特性，在不改变系统设计功能、不额外添加化学试剂的情况，通过提高二回路给水联氨浓度，高效、安全的修复二回路系统管道和设备等表面钝化膜，降低设备腐蚀速率，保障二回路系统管道和设备等的安全稳定运行。
2、本发明研究出二回路钝化期间，配制联氨浓度的范围及加药计算方法，为实际工作提供了理论指导。
附图说明
图1为本发明所提供的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统工艺流程图；
图中：1-凝汽器；2-凝结水泵；3-凝结水精处理系统；4-低压加热器；5-除氧器；6-给水泵；7-高压加热器；8-蒸汽发生器；9-汽轮发电机；10-加联氨计量泵；11-联氨计量箱B；12-凝结水精处理系统旁路；13-联氨计量箱A；14-给水取样管线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，包括：凝汽器1、凝结水泵2、凝结水精处理系统3、低压加热器4、除氧器5、给水泵6、高压加热器7、蒸汽发生器8、汽轮发电机9、加联氨计量泵10、联氨计量箱B11、凝结水精处理系统旁路12、联氨计量箱A13、给水取样管线14。
蒸汽发生器8经汽轮发电机9与凝汽器1连接，凝汽器1经凝结水泵2与凝结水精处理系统3连接。
凝结水精处理系统3并联连接凝结水精处理系统旁路12，凝汽器1经凝结水泵2与凝结水精处理系统旁路12连接，凝结水精处理系统旁路12经低压加热器4、除氧器5、给水泵6、高压加热器7与蒸汽发生器8连接；给水取样管线14连接于高压加热器7与蒸汽发生器8之间。
联氨计量箱A13经加联氨计量泵10与凝结水精处理系统3连接；联氨计量箱B11与联氨计量箱A13并联，联氨计量箱B11经加联氨计量泵10与凝结水精处理系统3连接。
蒸汽发生器8产生蒸汽进入汽轮发电机9做功后的乏汽进入凝汽器1冷却，冷却的介质依次流经凝结水泵2升压后进入凝结水精处理系统3净化或经过凝结水精处理系统旁路12、低压加热器4加热、除氧器5加热及去除不凝结气体、给水泵6升压、高压加热器7加热、蒸汽发生器8加热并产生蒸汽。正常运行期间，通过在联氨计量箱13中按照设计浓度配制联氨溶液，通过加联氨计量泵10加入到凝结水精处理系统3后的凝结水管线，通过给水取样管线14取样分析给水联氨浓度，确保满足要求。
在汽轮机冲转后或打闸前24-48小时，加联氨计量泵10将联氨计量箱B11中钝化用联氨溶液加入到凝结水精处理系统3后的凝结水管线以提高凝结水、给水系统联氨浓度，通过给水取样管线14取样分析给水联氨浓度，确保联氨浓度满足二回路系统和设备内表面钝化处理的要求。
本发明提供的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法中，确定联氨浓度的方法具体如下：
(1)联氨下限浓度确定
经调查和研究，在二回路联氨钝化期间，联氨的主要功能一方面是除氧，另一方面是将钢铁最外层的Fe2O3转换为相对致密的Fe3O4保护膜，实现钝化效果，反应式如下：
N2H4+O2→2H2O+N2 —式1
N2H4+6Fe2O3→4Fe3O4+N2+2H2O —式2
根据标准电极电势表得知：
Fe3++e→Fe2+ E1 Θ＝0.771V
N2+4e+4H2O＝N2H4+4OH- E2 Θ＝-1.16V
则公式2的EΘ＝4E1 Θ-E2 Θ＝4.244V
根据能斯特方程可得公式2的在温度T条件下的电极电势：
式中：R—气体常数(8.31441J/(K·mol))
T—温度(K)
F—法拉第常数(96.487kJ/(V·mol))
[N2H4]—联氨浓度(mol/L)
由热力学第二定律得：
当ΔG＜0时反应即认为自发反应，即E＞0时。
当该反应发生在碱性体系下时，两极为：
6Fe2O3+4e＝4Fe3O4+4OH- E1
N2+4e+4H2O＝N2H4+4OH- E2
此时公式2的E’Θ＝E1-E2，即
故，碱性环境不影响该反应的电极电势。
由式4计算可知，当联氨浓度＜1mol/L即＜32g/L时，温度越高自发反应越不容易进行，当温度最高点取270℃，若要使E＞0，联氨大于1μg/L即可。故在机组正常运行时，为保证在机组应对加药流量波动等异常情况，将联氨浓度设置在＞20μg/L，对于设备需经历排空、潮湿状态等恶劣条件前后，强制提高联氨浓度，使式2反应正向进行，当联氨浓度达到500μg/L时，E为3.84V，反应速度较快，24小时即可修复设备表面钝化膜。
(2)联氨上限浓度确定
经调查不同核电机组蒸汽发生器排污水pH不尽相同，以田湾核电站1-4号机组为例，详见表1。
表1田湾核电站1-4号机组蒸汽发生器排污水pH要求
机组 pH
田湾1-2号 8.2-9.5
田湾3-4后 8.5-9.5
联氨热分解式如下：
2H2H4＝2NH3+N2+H2 —式5
氨浓度与pH值计算关系如下：
pH＝8.57+log10(CNH3) —式6
式中：CNH3-蒸汽发生器排污水氨浓度
由式5可知，联氨分解产生氨的浓度与联氨浓度基本相当；由式6可知，当pH为9.5时，氨浓度约1500μg/L。故，为确保钝化期间添加的联氨不使蒸汽发生器排污水pH超过限值，钝化期间给水联氨浓度不宜超过1500μg/L。
本发明提供的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法中，钝化操作的方法具体如下：
(1)机组停运至冷态超过3天或凝汽器计划破坏真空，停运前48小时，在加药计量箱中配制4-10％联氨溶液。
(2)在停运前的24-48小时及汽轮机冲转后24小时内，利用凝结水加药系统向凝结水系统添加联氨，按照给水联氨浓度计算公式(式7)进行计算，设置加联氨泵频率及行程，提高二回路给水联氨浓度至500-1500μg/L。
式中：C-给水联氨浓度，μg/L；
V1-加联氨泵额定流量，L/h；
d-加联氨泵实际行程，mm；
H-加联氨泵实际频率，Hz；
C1-联氨计量箱中联氨浓度，％；
d0-加联氨泵额定行程，mm；
H0-加联氨泵额定频率，Hz；
V2-给水流量，kg/s。
通过上述模式，可准确控制二回路给水联氨浓度，满足二回路系统和设备钝化浓度要求。
本发明提供的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，具体包括以下步骤：
步骤1：在联氨计量箱B11中配制联氨钝化液
机组停运前48小时，在联氨计量箱B11中配制浓度为4-10％的联氨溶液。
步骤2：恢复凝结水精处理系统至全流量处理
在机组开始钝化前3小时，将凝结水精处理系统恢复至全流量运行。
步骤3：通过加联氨计量泵10控制给水联氨浓度
步骤(3.1)、根据给水联氨浓度计算公式(式7)设置加联氨计量泵10的行程及频率；
步骤(3.2)、将联氨加药箱由联氨计量箱A13切换至联氨计量箱B11；
步骤(3.3)、联氨计量箱B11中浓度为4-10％的联氨溶液通过加联氨计量泵10，加入到凝结水精处理系统3后的凝结水管线；
步骤(3.4)、根据给水联氨浓度计算公式(式7)调整加联氨计量泵10的行程及频率后，2小时内从给水取样管线14进行取样，联氨浓度满足500-1500μg/L后，每4小时从给水取样管线14进行取样。
步骤4：二回路系统和设备内表面钝化处理完成
步骤(4.1)、机组停机阶段，在汽轮机打闸前保持给水联氨浓度24-48小时后；机组启机阶段，在汽轮机冲转后保持给水联氨浓度24小时后，将联氨加药箱由联氨计量箱B11切换至联氨计量箱A13；
步骤(4.2)、根据给水联氨浓度计算公式设置加联氨计量泵10的行程及频率后，从给水取样管线进行取样，确认联氨浓度满足＞20μg/L后，二回路系统和设备内表面钝化处理完成。
田湾核电站1-4号机组共进行30余次换料大修，在机组停运前的24-48小时及汽轮机冲转后24小时内，均采用提高联氨浓度至500-1500μg/L进行二回路系统设备内表面钝化处理。通过大修期间，对机组除氧器、高压加热器等设备内表面进行检查，均形成致密的氧化膜，防腐效果良好；同时机组在大修结束，二回路系统冲洗阶段，给水系统铁浓度可以达到10μg/L以下，凝结水系统铁浓度可以达到10μg/L以下，说明采取此钝化停机方式在系统防腐保养过程中效果良好。
本发明在不改变系统设计功能、不额外添加化学试剂的情况下，实现核电厂二回路系统和设备内表面钝化处理，以尽快修复钝化膜，降低设备腐蚀速率，极大降低凝结水精处理运行时间，每年田湾核电站1-4号机组可节约除盐水约1.2万m3，节约生产成本60万元。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，其特征在于，所述系统包括：凝汽器(1)、凝结水泵(2)、凝结水精处理系统(3)、低压加热器(4)、除氧器(5)、给水泵(6)、高压加热器(7)、蒸汽发生器(8)、汽轮发电机(9)、加联氨计量泵(10)、凝结水精处理系统旁路(12)、联氨计量箱A(13)；蒸汽发生器(8)经汽轮发电机(9)与凝汽器(1)连接，凝汽器(1)经凝结水泵(2)与凝结水精处理系统(3)连接；凝结水精处理系统(3)并联连接凝结水精处理系统旁路(12)，凝汽器(1)经凝结水泵(2)与凝结水精处理系统旁路(12)连接，凝结水精处理系统旁路(12)经低压加热器(4)、除氧器(5)、给水泵(6)、高压加热器(7)与蒸汽发生器(8)连接；联氨计量箱A(13)经加联氨计量泵(10)与凝结水精处理系统(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，其特征在于，所述系统还包括：联氨计量箱B(11)，联氨计量箱B(11)与联氨计量箱A(13)并联，联氨计量箱B(11)经加联氨计量泵(10)与凝结水精处理系统(3)连接。
3.根据权利要求2所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，其特征在于，所述系统还包括：给水取样管线(14)，给水取样管线(14)连接于高压加热器(7)与蒸汽发生器(8)之间。
4.一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，采用根据权利要求3所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理系统，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：在联氨计量箱B(11)中配制联氨钝化液；
步骤2：恢复凝结水精处理系统至全流量处理；
步骤3：通过加联氨计量泵(10)控制给水联氨浓度；
步骤4：二回路系统和设备内表面钝化处理完成。
5.根据权利要求4所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤1具体为：机组停运前48小时，在联氨计量箱B(11)中配制浓度为4-10％的联氨溶液。
6.根据权利要求5所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤2具体为：在机组开始钝化前3小时，将凝结水精处理系统恢复至全流量运行。
7.根据权利要求6所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
步骤(3.1)、根据给水联氨浓度计算公式设置加联氨计量泵(10)的行程及频率；
步骤(3.2)、将联氨加药箱由联氨计量箱A(13)切换至联氨计量箱B(11)；
步骤(3.3)、联氨计量箱B(11)中浓度为4-10％的联氨溶液通过加联氨计量泵(10)，加入到凝结水精处理系统(3)后的凝结水管线；
步骤(3.4)、根据给水联氨浓度计算公式调整加联氨计量泵(10)的行程及频率后，2小时内从给水取样管线(14)进行取样，联氨浓度满足联氨浓度范围后，每4小时从给水取样管线(14)进行取样。
8.根据权利要求7所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤(3.1)中的给水联氨浓度计算公式为：
式中：
C-给水联氨浓度，μg/L；
V1-加联氨泵额定流量，L/h；
d-加联氨泵实际行程，mm；
H-加联氨泵实际频率，Hz；
C1-联氨计量箱中联氨浓度，％；
d0-加联氨泵额定行程，mm；
H0-加联氨泵额定频率，Hz；
V2-给水流量，kg/s。
9.根据权利要求8所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤(3.4)中联氨浓度范围为500-1500μg/L。
10.根据权利要求9所述的一种核电厂二回路系统设备内表面钝化处理方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
步骤(4.1)、机组停机阶段，在汽轮机打闸前保持给水联氨浓度24-48小时后；机组启机阶段，在汽轮机冲转后保持给水联氨浓度24小时后，将联氨加药箱由联氨计量箱B(11)切换至联氨计量箱A(13)；
步骤(4.2)、根据给水联氨浓度计算公式设置加联氨计量泵(10)的行程及频率后，从给水取样管线进行取样，确认联氨浓度满足＞20μg/L后，二回路系统和设备内表面钝化处理完成。
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