材料与水化学第7讲核电厂一回路水化学
材料与水化学核电厂一回路水化学课件
定期保养
根据设备的运行情况和制造商的 推荐，制定合理的定期保养计划 ，包括清洗、更换磨损件、检查 密封性能等，以保持设备的良好
状态。
故障处理
当设备出现故障时，应迅速采取 有效措施进行修复，同时分析故 障原因，总结经验教训，以预防
类似故障的再次发生。
05
核电厂一回路水化学安全与环 保
水化学安全风险评估
核电厂一回路水化学反应机理
氧化还原反应
在核电厂一回路水中，氧化还原 反应是主要的化学反应类型，涉 及到水分子、氢离子、氢氧根离
子以及各种杂质离子的反应。
电化学腐蚀
核电厂一回路水的高温高压环境容 易导致金属材料的电化学腐蚀，进 而影响设备的性能和安全性。
沉淀与结垢
水中溶解的杂质在受热或浓缩条件 下会析出形成沉淀或结垢，影响热 交换器的传热效率，严重时会导致 堵塞和腐蚀。
评估方法
采用概率风险评估、故障模式与影响分析等手段，对一回路水化 学系统中的潜在风险进行识别和评估。
风险因素
包括设备故障、操作失误、腐蚀、泄漏等，以及这些因素之间的相 互影响。
风险控制
根据评估结果，制定相应的风险控制措施，如定期检查、维修保养 、操作规程等。
水化学事故应急处理
应急预案
制定针对一回路水化学事 故的应急预案，包括事故 报告、应急响应、处置措 施等。
抑制一回路水的辐照分解
水在反应堆中受到高能辐照后会发生分解，产生氢气和氧 气。通过优化水化学条件，可以抑制或减缓水的辐照分解 ，降低对系统材料的腐蚀和氢脆的风险。
监测和控制系统中的杂质
一回路水中可能含有溶解气体、悬浮颗粒等杂质。通过监 测和控制这些杂质，可以保证系统的正常运行和延长设备 使用寿命。
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究作者：李建兴孔祥贡来源：《现代企业文化》2020年第03期中图分类号：TM623 文献标识：A 文章编号：1674- 1145（2020）01- 160- 01摘要在核电厂中，当一回路水质控制较差时会增强一回路的腐蚀性，加剧相关设备及材料的腐蚀，造成设备损坏，同时增强一回路的放射性活度，增加设备检修人员的集体剂量，最终形成辐射危害。
所以，在核电厂中，一回路水化学优化控制具有重要意义。
本文首先分析核电厂一回路水化学的特点，然后主要从溶解氧及溶解氢含量的降低两个方面，探讨水化学辐射的优化控制对策。
关键词核电厂一回路水化学辐射优化控制核电厂一回路水质的化学辐射受到多种因素的影响，首先是系统中相关设备的材料，其次是一回路水化学控制参数。
随着一回路腐蚀产物的积累，会增强一回路辐射场的强度。
腐蚀产物在系统表面产生，溶解到一回路冷却剂中流入冷却剂，最后通过主回路冷却剂传输到堆芯燃料包壳表面，被中子活化。
被活化之后的腐蚀产物会大大增加一回路辐射场的剂量，在管道拐角处沉积，形成局部热点，增加检修人员剂量。
一、核电厂水化学控制的特点在反应堆的运行过程中，一回路水化学控制的优劣会直接影响着燃料包壳的完整性，一旦控制不当，就会引起很多问题。
比如：第一，燃料元件包壳出现腐蚀现象，缩短燃料元件的正常使用寿命；第二，燃料棒表面结垢，降低传热效率；第三，腐蚀严重的情况下会造成燃料元件包壳破损，导致裂变产物的泄露，增强一回路的放射性活度。
水化学控制的优劣对反应堆核反应的正常运行有很大的影响。
所以，在核电厂中要求补给水的纯度较高，在最大程度上降低相关离子的浓度。
另一方面，在核电厂的运行中，为了抑制水的辐射分解而造成的含氧量的增加，会通过加氢的方式来解决，同时为了控制其pH值，也可以加入适量碱性较弱的氢氧化物。
二、核电厂回路水化学辐射优化控制一回路冷却剂水质的好坏，直接影响着相关设备的使用寿命。
当反应堆冷却剂的腐蚀性过强的时候，其性质无法正常发挥，设备不能正常使用，对反应造成不良影响，甚至有可能造成设备的直接报废。
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究
核电厂一回路水化学辐射优化控制研究作者：安洋吴玉彬来源：《科技创新导报》2019年第14期摘; ;要：压水堆一回路的水，即反应堆冷却剂的水质问题非常重要。
水质的好与坏，直接影响到材料的使用寿命与性能，一回路的水具有极强的腐蚀性质。
如果水质的腐蚀性太过于强烈，水质不好会引起或加剧反应堆结构材料和燃料包壳材料的腐蚀，导致设备损坏以及在反应堆主、辅系统的放射性活度的增高，构成放射性危害。
因此，控制水质指标，成了核电厂水化学研究的重要问题。
关键词：一回路; 水化学; 控制中图分类号：TL341; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文章编号：1674-098X（2019）05（b）-0093-021; 核电厂水化学控制的特点在反应堆的运行期间，一回路水化学的控制对燃料包壳的完整性有着很直接的影响。
如果水化学的控制不当。
容易出现很多问题。
（1）燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。
（2）燃料棒表面结垢，影响传热效率。
（3）严重时候会引起燃料元件包壳破损。
有可能导致裂变产物泄露事故的发生。
由于水化学的控制好坏的程度，会直接影响到反应堆核反应的进行。
因此在核电厂中，一般使用高纯的补给水，尽可能的降低Cl-，F-，O-等离子的浓度。
同时，核电厂一般通过加氢的方式，来抑制由于水的辐射分解所导致反应堆中含氧量的增加问题。
通过加入弱碱性的氢氧化物，来调控其pH值。
2; 核电厂水化学存在的一系列反应介绍核电厂水化学的反应，是极其复杂的。
目前国际上，尚未能完全弄清楚其各方面的过程。
完全了解清楚其所有反应。
2.1 反应堆中的放射现象在反应堆中，有着各种放射性物质的存在，如中子，氦核质子，氚核质子以及一些裂变碎片的存在。
由于存在这些粒子，因此反应堆中存在各种射线。
这些射线穿透能力大小不同，但是却与反应堆中的物质存在各种相互作用。
主要有（1）电离作用，射线打出物质的核外电子，使得物质产生电离。
核电厂水化学 第8章 PWR一、二回路系统的水化学准则
表8-6 表5纠正措施
表8-7 反应堆冷却剂系统启动控制参数 （反应堆次临界工况120℃）
表8-8 反应堆冷却剂系统启动诊断参数 （反应堆次临界工况120℃）
表8-9 表8-7
和 表88的 纠 正 措 施 指 南
表8-10 反应堆冷却剂系统功率运行时控制参数（反应堆临界）
表8-11 反应堆冷却剂系统功率运行时诊断参数（反应堆临界）
8.2.1 控制目标 （1）使一回路系统和反应堆辅助系统的均匀腐蚀
减至最小，尽可能避免发生局部腐蚀开裂的可能，确 保燃料包壳和一回路系统压力边界的完整性；
（2）使腐蚀产物的产生、释放和向堆芯转移量减 至最小以控制辐射场的剂量率。
8.2.2 控制方法 （1）除硼酸外，大多数压水堆一回路冷却剂还添
加碱化剂氢氧化锂，也有添加氨水或氢氧化钾的，如 前苏联的VVERs型压水堆、我国的田湾核电厂。其目 的是使一回路系统的材料均匀腐蚀减至最小和尽可能 避免局部腐蚀开裂。
（6）行动基准3 在运行过程中，如水化学的参数超过了行动基准3 规定的限值，从工程经验判断，继续运行将对核电厂极 为不利，为此规定如一个参数超过行动基准3的限值， 则应采取措施为： 1）迅速地有秩序的停堆，并尽可能利用其他手段 使冷却剂温度降至1200C。 2）由于达到行动基准3规定的条件迫使反应堆停堆 之后，应该对此事件进行技术上的审评，一定要求采取 相应的纠正措施后，反应堆才能重新启动。
还要采取措施减少诸如氯离子、氟离子等侵蚀 性元素进入主冷却剂。
对压水反应堆，应向主冷却剂中添加一定量的氢 气，抑制水的辐射分解而产生的氧，使氧含量降低到 允许值；对VVERs型压水堆，靠连续不断的或周期性 的向冷却剂加氨经辐射分解产生的氢来抑制水的辐射 分解。
核电机组启动阶段的一回路水化学控制
核电机组启动阶段的一回路水化学控制摘要：压水堆核电站具有功率密度高、结构紧凑、安全控制容易、技术成熟、成本和发电成本相对较低的特点。
它是世界上使用最广泛的商用核电站，占轻水堆核动力机组总数的3/4。
高温高压轻水作为一回路冷却剂、慢化剂和二回路工作介质。
主系统冷却剂在强辐射条件下工作。
因此，核电站的水化学问题，如放射性污染、设备和材料的腐蚀、水质的保证和控制等变得非常复杂和严重。
多年来，国内外许多研究机构或专家对核电站水化学进行了大量的研究工作。
通过对水化学的控制，减少了腐蚀和放射性污染，从而维护了反应堆的运行安全，提高了核电站的可用性，效果显著。
关键词：核电机组；启动阶段；一回路；水化学控制1、前言作为包含核心的系统回路，系统设备长期处于高温、高压、高辐射环境中。
为了保证系统设备在使用寿命期内安全可靠地运行，水化学控制是必不可少的。
一次水化学主要从两个方面影响机组的运行安全：一是影响一次回路边界的完整性；二是影响堆芯外的辐射剂量水平。
实践表明，为了提高一回路水化学控制水平，减少腐蚀，减少放射性污染，除加强正常运行期间水质的监督控制外，机组启动阶段的水质控制也显得尤为直接和必要，对后续机组正常运行时的水化学有着直接而深远的影响。
2、启动期间的水化学指标机组启动时，通常只进行热态试验或大修，所有重要设备和管道容器长期处于停（备）开状态，不可避免地会产生大量杂质和腐蚀。
应严格控制含氧量及其它各项指标，尤其是含氧量高的水质指标。
2.1溶解氧氧本身是一种活性腐蚀元素，也是其他元素腐蚀不锈钢的催化剂。
当温度超过120℃时，会引起不锈钢和燃料包壳的应力腐蚀。
因此，在反应堆冷却剂温度升至120℃之前，溶解氧含量必须控制在100μg/kg以内，因此在化学平台期间加联氨进行除氧，确保主系统和稳压器溶氧小于100μg/kg，否则应停止升温和机组上升，直到溶解氧合格为止。
2.2氢水在高辐射环境中的分解反应是可逆的。
加氢可以有效地抑制水的辐射分解，从而减少氧化产物的生成，使一回路系统处于还原环境中。
核电厂水化学 第7章 一、二回路水的pH控制
1）天然钠由100%的23Na组成，它的热中子吸收截 面为505b，和中子反应生成24Na。24Na是一种很强的辐 射 体 ， 能 量 为 24MeV ， 半 衰 期 为 15h 。 因 此 ， 添 加 NaOH会给冷却剂带来很强的感生放射性。
为什么说是主要靠7Li调节pH呢？
是因为Li有两种同位素，即7Li和6Li，而6Li会 形成具有放射性的3T（6Li+n→4He+3T）。
2）7Li作为pH调节剂的主要缺点: a. 作 为 pH 调 节 剂 的 Li ， 必 须 是 很 纯 的 7Li(99.9%以上) 。
b. 7Li价格贵，不易得到； c.当冷却剂泡核沸腾时的局部浓缩会造成结构 材料苛性腐蚀。
b.7Li的化学活性高，pH控制能力强； c.7Li的中子吸收截面小（0.039b），一般 不产生感应放射性； d.腐蚀性小，会在一些主要结构材料表面 形成稳定的保护膜。不锈钢苛性腐蚀断裂的概 率，依所用碱排列为：NaOH KOH LiOH，对 于锆合金也有同样的规律。
e.对冷却剂净化有利 使用任一种碱作为pH控制剂，都必须将冷却 剂净化回路的阳离子交换树脂转换成该种碱离子 的型式。就碱型树脂比较，冷却剂中各种金属离 子在锂型树脂上最易被阻留，也即7Li型树脂对冷 却剂的净化效果最好。 基于上述种种优点，世界上大多数压水堆， 特别是西方国家的压水堆几乎都用高纯7Li的氢氧 化物作pH控制剂。
（2）pH值对腐蚀产物的运动有控制作用 pH值不仅对结构材料的腐蚀有影响，对腐蚀产 物的运动也有一定影响。 新型压水堆大多采用锆-4合金作为燃料元件包壳， 其腐蚀产物的释放率比不锈钢的小得多。 如果能减少或防止回路中腐蚀产物向堆芯转移， 使其免于活化，则可大大降低停堆后一回路的辐射水 平，便于检修，减少腐蚀产物在燃料元件表面的沉积， 维持堆芯良好的传热条件。 提高冷却剂pH值，有助于达到上述目的。
核电厂水化学
H H 2O H 3O
2H 2 O H 3O OH
水的离解和水的离子积
达到平衡时,习惯写成:
水的离子积
由于水的离解过程是吸热过程,故离子积会随着温度的升 高而增大.
实验证明:在22℃时水的[H+]和[OH-]的离子浓度各为107MOL/l,水的离子积为10-14 在一定温度下,纯水中[H+]和[OH-]的乘积总保持一个定值
水的物理性质-液态水、蒸汽和冰
冰: 凝固点/熔点 水变成冰,体积增加 并和水都能蒸发 三相点:
水的化学性质
水分子有很好的稳定性 高于1000℃,水蒸汽明显地离解成氢和氧
2H 2 O 2H 2 O2 136.8kCal
2000℃时,水的离解度只有1.8%;当温度下降,平衡向生 成水的方向移动.但在辐照条件下,水的分解加剧 与许多金属和金属氧化物反应; 与许多化合物反应,生成结晶水化合物.
H 3 PO4 H H 2 PO
k1
2 3 31 HPO4 H PO4 k
4
k2 2 H 2 PO4 H H PO4
溶液的强弱是有第一步电离所决定的
水的离解和水的离子积
纯水是具有很微弱的导电能力,是非常弱的电 解质,电解成:
H 2O H OH
水分子的缔合
水分子的偶极相互吸引,并通过”氢键”而形 成多分子的聚集状态; 氢键使得水分子具有很 多反常的性质: 1)水分子的取向性----极性水分子在外电场或离 子作用下,会发生定向排列 2)水分子的缔合----简单分子结合成比较复杂的 分子,而不引起物质化学性质的变化的现象,水 分子组成的通式(H2O)x,以(H2O)2最稳定
材料与水化学核电厂一回路水化学课件
04
核电厂一回路水化学监测与控制
水化学监测技术与方法
在线监测技术
01
取样分析技术
02
痕量元素分析
03
水化学控制策略与措施
优化水质处理工艺
1
选择合适的水化学添加剂
2
严格控制补水质量
3
水化学异常处理与应对
异常原因排查
临时应对措施
长期治理方案
05
核电厂一回路水化学优化与改进
水化学优化方向与目标
方法。
冷却剂
一回路水作为冷却剂，在反应堆 中循环，需关注水的传热性能和
稳定性。
水化学参数与指 标
01
02
03
04
pH值
导电度
溶解氧
悬浮物和胶体
03
材料与水化学相互作用
材料腐蚀与防护
腐蚀类型 腐蚀影响因素 防护措施
沉积物形成与控制
沉积物来源 沉积物影响 控制措施
水化学对材料性能影响
材料性能变化 影响机制 材料选择与设计
降低放射性水平
通过优化水化学条件，降低一回路水中放射性核素的活度和浓度， 减少对环境和人员的辐射危害。
延长设备使用寿命
通过调整水质参数，减轻对设备的腐蚀和结垢，延长设备的使用 寿命，提高核电站的安全性和经济性。
提高热效率
优化水化学条件，降低水的电导率和杂质含量，提高冷却剂的传 热效率，从而提高核电厂的热效率。
材料与水化学核电厂 一回路水化学课件
contents
目录
• 引言 • 核电厂一回路水化学基础知识 • 材料与水化学相互作用 • 核电厂一回路水化学监测与控制 • 核电厂一回路水化学优化与改进 • 结论与展望
01
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反应物在冷却剂 中的存在
天 然 2H pH 控 制 剂 可溶性中子吸收剂 溶 解 空 气 ，联 氨 分 解 物 溶解空气或腐蚀产物 溶解空气或腐蚀产物 杂质 溶解空气 溶解空气 pH 控 制 剂 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物 腐蚀产物
二回路水化学控制的目的是： 保护蒸汽发生器传热管不受二次侧水的腐蚀(应力腐蚀开裂)，防止
积垢(添加分散剂)。 防止给水管道腐蚀速率过快(流动加速腐蚀，FAC)。
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
水化学控制 Controlling of water chemistry
使用高纯补给水
降低水中Cl－、F－、O等的浓度
The nuclear properties of particles
射线种类
a射线 b射线 g射线 质子(P) 中子(n) 氘(d) 氚(T) 裂变碎片(轻) 裂变碎片(重)
电荷数
+2 -1 0 +1 0 +1 +1 ~+20 ~+22
静止质量，原子单位
4.002675 0.000549
-1.007271 1.008665 2.014102 3.016050
b、 g
45.6 天
b、 g
10.5 分
b、 g 电子俘获
5.26 年 8104 年
b
100 年
b、 g
2.564 小 时
b、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱg
63.9 天
b、 g
17 小 时
主 要 g能 量 M eV 无g 无g
0 .5 5 1 7011 1 .3 6 9
1 .2 9 3 1 .5 2 4 0 .3 2 0 1 .5 2 8 0 .8 4 6 0 .2 3 6 1 .2 9 2 0 .0 5 8 5 1 .3 3 2 无g 无g 1 .4 8 1 0 .7 5 6 0 .7 4 3
一回路和二回路水有效的净化
防止杂质的进入 加氢以抑止水的辐射分解生成含氧浓度
一回路水pH值控制
通过添加弱碱性氢氧化物：氢氧化锂、氢氧化铵等
在冷却剂系统中使用的化学纯度的质量保证 在控制区使用化学物的核安全条例
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
反应堆中的辐射 Radiation in reactor
核转变
中子俘获 质子俘获
激发
激发衰变
在压水堆中各种射线或粒子，程度不同地同冷却剂发生作用，重要的是g和 b、a射线与冷却剂的作用。当冷却剂中引入硼作为中子吸收剂时，10B与中 子反应所放出的b、a射线和7Li反冲核的影响也不可忽视。而中子将引起冷 却剂及其它物质的嬗变和材活料化与，水间化接学地第对7讲冷核却电剂厂辐射化学作用发生影响。
热中子 截 面 B arn
0 .0 0 0 5 940 3838 1 .8 1
0 .0 1 9 1 0 -3 0 .5 3 6 0 8 9 0 .6 5 1 .4 8 16 0 .3 8 1 3 .3 2 .5 1 .1 4 1 9 .9 3 7 .5 4 .4 15 1 .5 0 .0 8 0 .0 5
反应生成物
放射性 类型
半衰期
b
12.26 年
b
12.26 年
稳定
b b+， 电 子 伏 获
5730 年 1.87 小 时
b、 g
7.14 秒
b、 g
14.96 小 时
35 天
b、 g
1.83 小 时
b、 g
12.36 小 时
电子俘获
27.8 天
b、 g
3.52 分
b、 g
2.57 小 时
电子俘获
2.6 年
~95 ~139
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
射线的穿透能力
Penetration of radiation
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
射线与物质的相互作用
Radiation interactions with matter
电离作用
打出电子，使物质电离 a, b, g射线电离能力约为： 104 : 102 :1
g射线是波长极短的电磁波， 又称为光子，其波长范围在 2埃以下。电磁波的波长l、 频率f (l=c/f)和能量E有如 下关系:
El=12400；
E = hf 。
0 1n6 3Li 3 1H+2 4He
0 1n14 18 3Cd 11 44 8Cd+γ
材料与水化学第7讲核电厂 一回路水化学
各种粒子的核特性
一回路水化学
反 应 堆 中 主 要 的 中 子 核 反 应
The major neutron reactions in a nuclear reactor
中子反应
2H (n, g)3H 6L i(n, a)3H 10B (n, a)7L i 14N (n, p)14C 18O (n, p)18F 16O (n, p)16N 23N a(n, g)24N a 36A r(n, g)37A r 40A r(n, g)41A r 41K (n, g)42K 50C r(n, g)51C r 54C r(n, g)55C r 55M n(n, g)56M n 54Fe(n, g)55Fe 58Fe(n, g)59Fe 59C o(n, g)60mC o 59C o(n, g)60C o 58N i(n , g)59N i 62N i(n , g)63N i 64N i(n , g)65N i 94Z r(n, g)95Z r 96Z r(n, g)97Z r
一般物质所放出的射线
Alpha – a 射线 – 氦核，带+2e Beta – b 射线 – 电子，带-1e Gamma – g 射线 – 高能电磁波
反应堆中还有其它的粒子
Neutron – 中子 Proton – 质子(氢核) Tritium nucleus – 氚核 Fission fragment – 裂变碎片
g射线与物质的相互作用
Gamma ray interaction with matter
一回路水化学
水的辐照分解 水化学与材料相容性 水化学控制
材料与水化学第7讲核电厂一回路水化学
水化学控制的目的和意义
反应堆运行期间的一回路水化学控制对燃料包壳的完整性有很直接 的影响。如果水化学控制不当，会产生以下危害： 燃料元件包壳发生腐蚀，影响燃料元件使用寿命。 燃料棒表面结垢，影响传热效率。 严重时会引起燃料元件包壳破损，有可能导致裂变产物泄漏事故。