自配鉬系復(fù)合緩蝕劑在秦山三期核電站的應(yīng)用

　　文/方嵐    覃文　　

　　秦山三期核電站（簡稱秦山三期）為中加合作建造的雙機組重水堆核電站，裝機容量為2×728MW，分別于2002年12月、2003年7月投入商業(yè)運行。兩臺機組BOP（Balance of Plant）輔助系統(tǒng)，即電站配套子項共有14個冷卻水系統(tǒng)。

　　在相關(guān)設(shè)計文件中，設(shè)計方（以美國Betchel公司為主）僅要求冷卻水pH值大于9，未提供緩蝕劑名稱和濃度范圍等化學(xué)控制要求。

　　當(dāng)時國內(nèi)其他核電站冷卻水系統(tǒng)，主要采用磷酸鈉（個別系統(tǒng)采用鉻酸鉀）進(jìn)行腐蝕控制。使用鉻酸鉀緩蝕效果好，但鉻鹽毒性大不環(huán)保。使用磷酸鈉的電站曾出現(xiàn)pH值難調(diào)節(jié)、水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)等現(xiàn)象。從國外某重水堆核電站了解到的信息只有緩蝕劑的型號和廠商，而且購買國外產(chǎn)品還存在價格貴及緊急情況下的供貨等問題。

　　國內(nèi)火電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)，雖然在緩蝕、阻垢、殺菌和滅藻等方面有成熟的經(jīng)驗，但由于核電站冷卻水系統(tǒng)的水質(zhì)、系統(tǒng)材質(zhì)、運行工況、化學(xué)控制要求等不同，也無法照搬火電廠的經(jīng)驗。因此秦山三期面臨著緩蝕劑的選擇問題。

　　通過一系列分析、研究和實驗室試驗，秦山三期最終采用自配的鉬系復(fù)合緩蝕劑（簡稱自配緩蝕劑）進(jìn)行系統(tǒng)的腐蝕控制。目前自配緩蝕劑在兩臺機組已使用八年，冷卻水中總鐵和懸浮固體的含量均滿足化學(xué)控制要求。

　　2005年秦山三期委托蘇州熱工研究院對自配緩蝕劑的緩蝕效果進(jìn)行評估試驗，試驗結(jié)果表明，自配緩蝕劑能使冷卻水系統(tǒng)的腐蝕速率控制在較低的水平，對碳鋼（ASTM  Al06  GR.B）的腐蝕率完全滿足GB50050-2007《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的≤0.075mm/a的要求，見表1。
 

緩蝕劑配方研究

　　秦山三期冷卻水系統(tǒng)均為閉式循環(huán)水系統(tǒng)，其中，冷凍水系統(tǒng)（每臺機組各1個）為連續(xù)運行模武；備用柴油機冷卻水系統(tǒng)（每臺機組各4個）通常處于備用狀態(tài)，每用進(jìn)行一次定期試驗；廠房供暖系統(tǒng)（每臺機組各2個）每年11月至來年5月運行，其余時間停運保養(yǎng)。冷卻介質(zhì)為除鹽水和生活飲用水（簡稱生活水），系統(tǒng)運行工況和腐蝕控制要求參見表2.系統(tǒng)主要材料為低碳鋼（ASTM Al06 GR.B），主要腐蝕形式為氧腐蝕和氯離子腐蝕，當(dāng)系統(tǒng)停運或處于備用狀態(tài)時，系統(tǒng)的腐蝕速率高于運行期間。因為在停滯水中，材料易發(fā)生孔蝕等腐蝕類型，而且停滯水有助于細(xì)菌的繁殖和生長，從而導(dǎo)致微生物腐蝕、垢下腐蝕等腐蝕類型。

　　通過分析系統(tǒng)水質(zhì)、腐蝕類型、結(jié)構(gòu)材料和運行工況，分析從國外某重水堆電站收集到的有限的水質(zhì)數(shù)據(jù)，秦山三期將鉬酸鈉和亞硝酸鈉作為配方的基礎(chǔ)，開展了藥品濃度配比、PH值調(diào)節(jié)、堿化劑添加、乙二醇添加等一系列實驗室試驗。
 

　　試驗發(fā)現(xiàn)在所關(guān)心的濃度范圍內(nèi)，鉬酸鈉和亞硝酸鈉無論以任何濃度配比，其PH值均為中性，無法滿足PH大于9的要求，必須加入堿化劑。經(jīng)過對pH調(diào)節(jié)劑磷酸鈉、四硼酸鈉、氫氧化鋰和氫氧化鈉等進(jìn)行試驗和分析后，決定采用磷酸鈉調(diào)節(jié)pH值。由于磷酸三鈉為三元弱酸鹽，不能直接計算水中磷酸鈉濃度與PH值的關(guān)系。

　　因此通過試驗確定了不同水質(zhì)中磷酸鈉與PH值的關(guān)系曲線，并據(jù)此估算磷酸鈉的加藥量。由于備用柴油機冷卻水中，添加了乙二醇作為防凍劑，因此還進(jìn)行了乙二醇對緩蝕劑、PH調(diào)節(jié)劑和系統(tǒng)水質(zhì)的影響試驗。

　　秦山三期自配鉬系復(fù)合緩蝕劑，主要成分為鉬酸鈉、亞硝酸鈉和磷酸鈉。鉬酸鈉作為陽極型緩蝕劑，能增加陽極極化，使腐蝕電位正移，而且熱穩(wěn)定性高，緩蝕效果不受PH值和氯離子影響。

　　在密閉式循環(huán)冷卻水中，需要有諸如亞硝酸鈉一類的氧化性鹽類，亞硝酸鈉也是陽極型緩蝕劑，對碳鋼具有良好的緩蝕作用。在有氧化劑存在的條件下，鉬酸鈉能在金屬表面形成具有保護(hù)作用的亞鐵-高鐵-鉬絡(luò)合氧化物的鈍化膜，它不溶解于中性或堿性水溶液。鉬酸鈉主要缺點是單獨使用時投加濃度較高，要達(dá)到400-500mg/kg才能獲得滿意的效果。

　　而且鉬酸鈉價格比亞硝酸鈉、磷酸鈉貴幾十倍。但秦山三期自配緩蝕劑為復(fù)合配方，鉬濃度大于60mg/kg就能達(dá)到滿意的效果。

　　另外，秦山三期冷卻水系統(tǒng)均為閉式循環(huán)水系統(tǒng)，補水量少，首次加藥后，每隔1~2年，只需要再補加少量藥品就能滿足化學(xué)控制的要求，克服了鉬酸鈉價格貴的缺點，同時也減少了亞硝酸鈉的排放對環(huán)境的影響。

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