核电厂二回路阳电导率高研究

白彬彬　黄旭

【摘 要】核电厂正常运行时一回路的水高温高压且含有强烈的放射性，一旦蒸汽发生器发生破损，将会释放到二回路水中，造成放射性污染和巨大的经济损失。因此减缓蒸发器的腐蚀，保证核电机组在寿期内的稳定运行非常重要。腐蚀主要源于二回路水中阴离子即阳电导率的超标。针对二回路阳电率高的问题，通过仪表检查、离子分析、二回路水中的杂质离子鉴定等方法找到了根本原因，为其它电厂提供了借鉴和指导。

【关键词】核电厂；二回路阳电导率；有机物APG树脂

0 前言

2016年2月6日，秦二厂4号机组404大修后，因水质转好停运4ATE（凝结水精处理系统）。4ATE停运后，4AHP高加给水阳电导率开始逐步上升，到2月7日已到0.20us/cm，触发4SIT102AA（高加给水阳电导率）高报警。2月9日重启4ATE除盐床，4AHP高加给水阳电导率逐步下降并恢复到0.07 us/cm左右。3月2日停运4ATE后，4AHP阳电导率再次上升，并持续上涨，于3月13日再次到达0.20us/cm的主控报警值。

阳电导率反映的是二回路的阴离子含量。二回路给水中的微量杂质和腐蚀产物不易随蒸汽一起进入汽轮机，绝大部分留在蒸汽发生器内，蒸汽发生器就像一个浓缩装置，浓缩倍率达到90倍，若阳电导率长期超标，会导致蒸汽发生器严重腐蚀。蒸汽发生器是一回路压力边界，一旦因腐蚀破损，一回路的放射性水将通过主蒸汽释放到二回路水汽系统，导致停机停堆，造成放射性污染和巨大的经济损失。因此，在二回路水质出现问题时，应尽快解决，消除隐患。

1 故障诊断

正常情况下，ATE停运后二回路阳电导率有升高的现象，但不会到达主控报警值，而且会随着运行时间的增加，自行下降。这是因为ATE的半处理流量是1200t/h，而APG的处理流量却只有50t/h左右，因此会有个升高值，再慢慢回落，维持在一个稳定值，一般为0.13us/cm左右。此次二回路阳电导率直接升到报警值，属于异常现象，需要诊查。

由阳电导率的测量方法可知，在被测水样经过阳离子交换柱后，阳离子被去除，在水中的氢氧根离子与被置换出的氢离子中和，水样中仅留下阴离子。二回路系统中能够影响阳电导率的主要是阴离子和总有机碳（TOC）（有机物含量的重要指标）。我们分析时优先考虑阳电导率仪表测量是否有问题，在仪表准确的前提下，再进行杂质离子分析。

1.1 在线仪表检查

3月20日在仪控人员配合下，一起对仪表的准确性进行检验。样水从高压加热器出口母管取出，经降温减压后，再经过恒温装置，进入阳离子交换柱，最后通过测量电极后排到地沟。检查降温减压和恒温装置，未发现问题，于是重点对阳离子交换柱和测量电极进行检查。

1.1.1 阳离子交换柱检查

1）将AHP阳电导率表与测量准确的AHP-6阳电导率表的阳离子交换柱进行互换，更换后两者测量数据无明显变化。

2）更换AHP阳电导率表的阳离子交换树脂为重新再生好的新树脂，阳电导率有微微上升，主要是因为新再生的交换树脂会析出一些杂质，运行一段时间后自会下降。

3）为避免再生树脂柱的再生质量问题，更换AHP阳离子交换柱为已使用过但未失效的便携式阳电导率表的阳离子交换柱，阳电导率最低到0.21us/cm，下降了一些，但变化幅度不大。

4）排除水中氧气对阳电导率表测量的影响。过多的气泡不仅会使水样发生偏流和短路，还会使交换柱内的阳树脂发生乱层现象，影响阳电导率。在便携式阳电导率表的阳离子交换柱前串入氧表，测量阳电导最低到0.206us/cm，变化不大。

经过以上的试验，确认了阳离子交换柱没有问题，虽有误差，但在测量精度范围内。

1.1.2 测量电极检查

1）对测量电极的取样池进行刷洗清洁后再测量，发现与原测数据变化不大。

2）将AHP与VVP的阳电导率表测量电极互换，数据与原测数据变化不大。

由此可见测量电极也没有问题，综合上述在线仪表测量装置没有问题，二回路水中阳电导率真实高（即阴离子含量高）。

1.2 杂质离子分析

4AHP高加给水阳电导率超过限值0.2us/cm，是在ATE精处理装置停运后。正常ATE停运的条件为：蒸发器排污水阳电导率<0.3us/cm，钠离子<0.8ppb，氯离子<1.6ppb，硫酸根<1.7ppb。此时二回路的阴离子含量已经很低，一般不会再次超标，于是对影响阳电导率的阴离子逐一进行分析。目前二厂主要监测的阴离子为CL-、SO42-，另外水中溶解过多的CO2产生CO32-也会造成阳电导率高。

1.2.1 二回路水中CL-、SO42-含量的影响

影响二回路CL-、SO42-的因素从系统内部和外部两方面考虑。

内部因素主要考虑：

1）二回路设备检修时引入的杂质。随着机组的运行逐渐从系统里释放出来，但4ATE已经运行将近2个月了，杂质释放应基本已结束，即使有，含量也很低，应予以排除。

2）凝汽器中的冷却盘管漏入微量的海水。凝汽器一旦漏入海水，二回路水质的Na+将会明显变化，期间蒸发器的排污水中Na+含量很低，一般在0.5ppb附近，可见冷却盘管未发生泄漏。

3）ATE和APG的混床树脂失效释放出来的。高加给水阳电导率高是在ATE停运以后出现的，此时ATE的混床是被隔离的，即使失效也不会释放到二回路。经化学人员对APG的混床树脂出口CL-、SO42-含量进行检测，未发现含量超标。

外部因素主要考虑：

1）SIR加药系统的药剂品质不纯引起。经询问得知，化学处对每一批次联氨都进行取样验收，产品全部合格，且3/4号机组所用的联氨都是同厂家同批次产品，3号机组却没有出现，可见不是药剂品质问题。

2）二回路补水水质较差。3/4号机组所用的补水水源为同一路水源，化学每周对二回路补水进行取样分析杂质离子，期间补水水质合格，补水水质没问题。

为了进一步验证，对二回路水中的CL-、SO42-进行取样分析，分析结果如下：

1.2.2 二回路水中CO32-离子含量的影响

CO32-离子主要来源于空气中的CO2溶于水产生。影响CO32-离子含量的因素有：

1）凝汽器漏入空气

二回路的水容积为4018m3，非常大，微量的空气泄露不会引起阳电导率的升高。二回路除了凝汽器为负压外，其余均为正压，因此重点考虑凝汽器。经过氦检漏后，没有发现泄漏点。

2）二回路补水中的溶解CO2

目前3/4机组补水水源为同一水源，不可能出现3号机组阳电

导不高，4号机组高，应予以排除。

3）二回路补给水的CO2大于除氧器排出的CO2

正常运行时不凝气体CO2等经除氧器加热溢出后排到凝汽器，由凝汽器的真空泵抽到汽轮机厂房外。目前除氧器排气到凝汽器前的手动节流阀，3号机组阀杆露出9个螺纹，4号机露出7个螺纹。把4号机组手动节流阀的开度开到和3号机组一样，4号机组阳电导基本无变化，可见不是根本原因。

综上可知，CO32-离子不是造成高加出口阳电导率高的因素。

1.2.3 二回路水中有机物含量的影响

有机物进入热力系统后高温分解为低分子有机酸，主要成分是乙酸CH3COOH，其次是甲酸HCOOH。CH3COO-、HCOO-会导致二回路阳电导率升高。有机物的来源主要有ATE和APG碎树脂漏过树脂捕捉器进入二回路高温分解产生以及二回路补水中溶解的有机物。

1）ATE的碎树脂进入二回路

4ATE系统已经停运，与二回路已经隔开，是不可能进入的。

2）4APG碎树脂漏入二回路

查看APG树脂后的树脂捕捉器，其前后压差并不高，应予以排除。

3）二回路补水中溶解的有机物

二回路补水每天平均要补水100m3左右，经化学取样后，发现补水中的TOC不高，不会引起高加出口阳电导率高。

在线仪表检查和杂质离子分析都无法找到根本原因后，采用对高压加热器、凝泵出口、主蒸汽以及汽水分离再热器的水质进行了系统的分析。分析结果如下：

通过对比，发现4号机组的F-和CH3COO-、HCOO-含量（即有机物）含量较高。

正常情况下在机组启动阶段ATE（凝结水精处理系统）运行，用于除去二回路的杂质。正常功率运行时当二回路水质较好的情况下，ATE处于备用停运状态，依靠APG（蒸汽发生器排污系统）的阳床树脂和混床树脂进行小流量净化二回路，同时停止连续加氨。即使二回路不断进入有机物，4APG混床的树脂也能够连续进行净化去除，不应该会有很高的CH3COO-、HCOO-。在各个因素排除后，只能怀疑APG系统自身。除了APG系统本身阴离子腐蚀产物外，混床树脂是唯一可能的污染源，因为它一直在不停地吸收阴离子。调阅4APG混床的更换记录，发现混床4APG004DE已经连续两年没有进行更换。于是在3月24日将4APG004DE更换为新树脂，4AHP阳电导逐步下降（除了4月3、4日清明节降功率引起短时扰动外），到4月13日已下降到0.12us/cm。（注：2月12日至4月1日期间，机组满功率运行，功率稳定。）具体情况见下图。

更换4APG004DE为混床新树脂后，又重新对二回路水质进行了系统分析，如下图：

通过表4可知，4号机组和3号机组的二回路水质差不多，并且还要好一些，已恢复到正常水平，至此找到了高加出口阳电导高的根本原因。正常情况下4APG混床树脂能够净化所有的阴阳离子，这次二回路系统中的CH3COO-、HCOO-、F-异常升高而CL-、SO42-升高不明显，跟混床离子交换树脂对阴离子的吸附顺序有关。强碱树脂在稀溶液中对CL-、SO42-的吸附要远强于CH3COO-、HCOO-、F-，但释放顺序却正好相反，CH3COO-、HCOO-、F-比CL-、SO42-更容易从树脂上洗脱出来重新溶于水中。在混床树脂快失效时，CL-、SO42-不断地置换原来已经吸附在树脂上CH3COO-、HCOO-、F-，导致二回路高加出口阳电导升高。

此次水质检测同时也发现了F-超标。对F-的主要来源也进行了分析，二回路设备中有较多的地方垫片、胶水等橡胶塑料材料中含F，如该类产品不合格可能在运行期间会释放处F-；另外二回路检修时使用的一些材料也可能带入以及APG和ATE破损树脂在高温高压下分解产生。我厂使用的材料正常情况下都是经过验收的合格品，应不会产生大量的F-。此次F-超标主要是APG混床树脂释放导致的。

3 结论和建议

1）ATE停运后高加出口阳电导率高的根本原因是APG混床树脂接近失效导致弱酸阴离子不断释放。

2）建议定期对APG混床出口阴导进行取样分析，尤其是CH3COO-、HCOO-、F-，一旦超标应及时更换。

3）建议正常运行时定期对二回路补水的TOC进行测量，确保引入二回路的有机物在可控范围内，以及APG树脂出口树脂捕捉器的压差定期进行巡检。

4）通过对此次高加出口阳电导率高的原因分析，为其它机组类似故障提供了借鉴。在分析时，应优先考虑仪表问题，其次是二回路的水净化系统，最后再去进行杂质离子分析。这样可以少走弯路，尽快找到根源。

【参考文献】

[1]于淼，李娟.核电站二回路水汽系统阳电导率超标原因的研究[J].电力与能源，2015，6.

[2]秦建华.秦山第二核电厂二回路水质问题及对策研究[D].学位论文，2008，3.

[责任编辑：田吉捷]