材料与水化学第讲核电厂一回路水化学
9_核电站水化学
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由图9.2.6可见，当温度由300℃降低到室温时，金 属溶解度可增加上千倍。 因此，反应堆降温或停堆换料时，会有相当一部 因此，反应堆降温或停堆换料时 ，会有相当一部 分腐蚀产物从内壁上溶解下来，使水中腐蚀产物 浓度大大增加。这一现象早已为反应堆运行实践 所证实。此时，是除去系统内腐蚀产物的极好机 所证实。此时，是 除去系统内腐蚀产物的极好机 会。
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一、腐蚀产物的转移与活化 一、腐蚀产物 的转移与活化
中子活化
裂变 产物
形成方式 通过壳壁扩散 通过缺陷释放
基体 金属
腐蚀 氧化膜 沉积层
溶解 剥落 液相腐 蚀产物 沉积 溶解 剥落 氧化膜 沉积层 沉积 净化 系统 液相腐 蚀产物 传 输
堆 芯
基体 金属
腐蚀
回 路
在一定条件下，水分解速率是恒定的，而水复合速率 ∝[H2]/[H2O2]。一般条件下，[H2][H2O2]，所以d[H2]/dt 为常数。 但是，若水中加 但是，若 水中加H2 ，则d[H2]/dt↓； 加H2O2 ，则d[H2]/dt↑。
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(1) (2) (3) (4) (5) (6)
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表9.1.1 辐射类型对水分解方式的影响 序号 1 2 3
2. 硼酸对 硼酸对水辐解 水辐解的影响 的影响
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。
【核电站】一回路主要辅助系统：化学和容积控制系统(RCV)
【核电站】一回路主要辅助系统：化学和容积控制系统（RCV）1．2 一回路主要辅助系统§ 1.2.1 化学和容积控制系统（RCV）一、概述化学和容积控制系统（RCV）是反应堆冷却剂系统（RCP）的一个主要的辅助系统。
它在反应堆的启动、停运及正常运行过程中都起着十分重要的作用，它保证了反应堆的冷却剂的水容积，化学特性的稳定和控制反应性的变化。
二、系统功能：主要功能：a)容积控制：通过上充和下泄功能维持稳压器水位，保持一回路水容积；b)反应性控制：与反应堆硼和水的补给系统（REA）相配合，调节冷却剂硼浓度以跟踪反应堆的缓慢的反应性变化;c)化学控制：控制反应堆冷却剂的PH值，氧含量和其他容积气体含量，防止腐蚀，裂变气体积聚和爆炸，降低冷却剂放射性水平，净化冷却剂。
辅助功能：（1）为主泵轴封提供经过过滤及冷却的水（2）为稳压器提供辅助喷淋水（3）一回路冷却剂过剩下泄82（4）需要时，上充泵可作为高压安注泵运行三、系统功能描述：1. 容积控制所谓容积控制就是通过RCV吸收稳压器不能全部吸收的那部分一回路水容积的变化的量，维持稳压器水位在一个整定的范围内。
一回路水容积变化的原因主要是温度的改变，如图（1）所示：从图可见当反应堆冷却剂系统RCP 从冷态（60℃）增温到热态（291℃）时，其比容增加将近40%；正常运行时，冷却剂的平均温度随功率的变化而变化，从而比容也随之改变，也造成一回路中水的体积的改变。
另外，由于冷却剂系统处于155Bar 的高压下，也会不可避免地发生泄漏，需要调节水容积。
容控原理见图（2）化学和容积控制系统RCV从RCP 二环路过渡段引出下泄流，经容控箱再由上充泵把上充流打回RCP，反应堆稳定运行时，上充流量与下泄流量相等。
当温度变化引起一回路内水体积变化时，稳压器水位发生变化，当水位偏离设定值时，调节上充流量，使稳压器水位恢复到设定值。
但容控箱容量有限，在RCP系统升8282温、降温过程，或其它瞬态，水容积发生很大变化时，可与其它系统配合，容控箱水位高时，可排放到硼回收系统（TEP ），容控箱水位低时，可由硼和水补给系统（REA ）按需要进行补给。
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。
补充：一回路水化学管理
<0.10
<0.10 <1.0 <0 .80 <0.02 <0 .02 <0.02
1次/周
1次 /周 1次 /周 1次 /周 1次 /周 1次 /周 1次 /周
大亚湾核电站一回路水化学技术规范
在反应堆运行中, 不同的运行模式下, 有不同的化学技术 规范(限值)
无加药调节的除盐水(补给水)技术规范
水质化学技术规范确定的依据
硼 硼浓度要根据反应性控制需要调整。在反应堆停堆、 起动时保持较高的硼浓度, 但随着燃料燃耗的加深, 硼浓度降低. 由于硼浓度太高时，会导致正的冷却剂温度系数， 硼浓度不能太高。因此， 硼浓度在一定的范围内变 化。 不同的反应堆的硼浓度上限不同。大多数压水反应 堆的硼浓度上限为2000-2500ppm，如秦山核电站。 一些反应堆，如AP1000和大亚湾核电站，硼浓度上 限为4000mg/kg.
秦山核电站堆冷却剂系统水化学技术规定
参数
电导 pH，25℃
单位
μS/cm(25℃)
规定
1-40 5.4 - l0.5
溶解氧
氯化物 悬浮物
ppm
ppm ppm
≤0.l
≤0.l ≤1.0
颗粒大小
LiOH 硼酸 氢 比活度
μm
ppm Li-7 ppm B mL/kg H2O(STP) Bq/L
≤25
0.22 - 2.2 0 - 2400 25 - 35 ≤2.6×108
大亚湾核电站放射化学规范及 行动基准
1.00E+06
设计极限
1.00E+05
I-131当量，MBq/m
3
6小时内停堆 48小时内停堆 加强监测
压水堆核电厂一回路水汽化学监督导则
压水堆核电厂一回路水汽化学监督导则
压水堆核电厂一回路水汽化学监督导则是指对压水堆核电厂的一回路水和蒸汽进行化学监督的规定和指导。
一回路水和蒸汽在核电厂中起着重要的作用，它们不仅用于冷却核反应堆，还直接接触到核燃料和其他核设备，因此其化学性质对核电厂的安全和运行稳定性具有重要影响。
一回路水和蒸汽的化学监督主要包括以下内容：
1. 水质控制：监督一回路水的化学成分，确保其符合规定的标准。
包括控制水中的溶解氧、氧化还原电位、硅、铁、铜、铅、镉等离子的浓度，防止水中的腐蚀、沉积和污染。
2. 蒸汽质量控制：监督蒸汽中的化学成分，防止蒸汽中的杂质对设备和管道的腐蚀和堵塞。
包括控制蒸汽中的溶解氧、硅、铁、铜、铅、镉等离子的浓度。
3. 水处理剂的使用和监督：核电厂通常使用一些化学品作为水处理剂，用于控制水中的腐蚀、沉积和污染。
监督水处理剂的使用和浓度，确保其在安全范围内使用。
4. 水和蒸汽的监测和分析：定期对一回路水和蒸汽进行取样，进行化学分析，了解其化学特性和质量情况。
监测结果用于评估水质和蒸汽质量的稳定性，并根据分析结果进行必要的调整和控制。
5. 废水处理：对一回路水的废水进行处理和排放，确保其符合环境保护的要求。
通过对一回路水和蒸汽的化学监督，可以保证核电厂的一回路系统的安全运行和设备的寿命，减少事故和故障的发生。
同时，也可以保护环境，防止化学污染物的排放。
核电厂水化学 第8章 PWR一、二回路系统的水化学准则
3）增加取样和分析频度以观察水化学的短期趋 势，并且确认接近或超过基准值的化学参数分析结果 的正确性。
4）确认反应堆冷却剂净化系统是否以可达到的 最大流量在投入运行，并确认离子交换树脂去除效率 是否良好。
（8）水化学参数的极限 表8-2表8-12中列出了压水堆核电厂三种运行模
式下的水化学参数的限值和行动基准1的值，以及应 分析的化学参数。
在反应堆运行期间，可以通过维持一回路冷却剂 pH值恒定在6.9（3000C）以上以减少类似于Fe3O4的 腐蚀产物在燃料包壳表面上沉积。
两个压水反应堆核电厂的比较试验表明， pH值 恒定在6.9（3000C） 时，燃料包壳上的积垢要比在较 低的pH值时少，而且管道和蒸汽发生器内表面上辐 射场的累积也更缓慢。
准则应确定压水堆一、二回路水化学控制、诊断 参数值和行动基准值以及纠正措施。
拟定准则的原则如下： 1）确定运行时一、二回路水中杂质 可合理达到的最低值； 2）行动基准和纠正措施，均应与核 电厂的技术指标相一致；
3）行动基准应该以水化学的变化对反应堆系统 结构材料（如主管道，蒸汽发生器传热管）、燃料包 壳腐蚀行为和一回路系统辐射场放射性积累的影响的 定量数据为依据；缺乏定量的数据时，拟定的行动基 准应该慎重并要切实可行；
（5）行动基准2 行动基准2也规定了参数的限值，如运行中的数 据超过此限值，从工程经验判断，如果在短期就能对 系统的完整性构成显著的损害，就要迅速采取纠正措 施，改变不正常的水化学条件，为此，如水化学中的 一个参数超过行动基准2的限值，采取的措施为：
1）采取措施使超标参数值在24 h内降到行动基准 2的限值以内。
控制参数与诊断参数 控制参数：凡影响反应堆运行安全的重要化学参 数。 首先应该确定每个控制参数的限值。超出限值必 须采取行动，纠正存在的问题。
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。
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中子反应
2
反 应 堆 中 主 要 的 中 子 核 反 应
反应物在冷却剂 中的存在
热中子 截面 Barn 0.0005 940 3838 1.81 0.01910-3 0.53 6 0890.65 1.48 16 0.38 13.3 2.5 1.14 19.9 37.5 4.4 15 1.5 0.08 0.05
各种粒子的核特性
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 ~95 ~139
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 23 Na(n, g)24Na 杂质 36 Ar(n, g)37Ar 溶解空气 40 Ar(n, g)41Ar 溶解空气 41 pH 控制剂 K(n, g)42K 50 Cr(n, g)51Cr 腐蚀产物 54 Cr(n, g)55Cr 腐蚀产物 55 Mn(n, g)56Mn 腐蚀产物 54 Fe(n, g)55Fe 腐蚀产物 58 Fe(n, g)59Fe 腐蚀产物 59 Co(n, g)60mCo 腐蚀产物 59 Co(n, g)60Co 腐蚀产物 58 Ni(n, g)59Ni 腐蚀产物 62 Ni(n, g)63Ni 腐蚀产物 64 Ni(n, g)65Ni 腐蚀产物 94 腐蚀产物 Zr(n, g)95Zr 96 腐蚀产物 Zr(n, g)97Zr H(n, g)3H 6 Li(n, a)3H 10 B(n, a)7Li 14 N(n, p)14C 18 O(n, p)18F 16 O(n, p)16N
dI I dx
I I 0 exp x
为吸收系数
物体对g射线的吸收作用由光电效应、康普顿散射和产生 电偶三种组成：
总 光电 散射 电子偶
g射线衰减量与吸收体单位体积原子数N成正比，
N
总 光电 散射 电子偶
1.2.2 光电效应
防止给水管道腐蚀速率过快(流动加速腐蚀，FAC)。
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
的进入 加氢以抑止水的辐射分解生成含氧浓度
通过添加弱碱性氢氧化物：氢氧化锂、氢氧化铵等
反应生成物 放射性 类型 b b 稳定 b b+，电子伏获 b、g b、g b、g b、g 电子俘获 b、g b、g 电子俘获 b、g b、g b、g 电子俘获 b b、g b、g b、g 半衰期 12.26 年 12.26 年 5730 年 1.87 小时 7.14 秒 14.96 小时 35 天 1.83 小时 12.36 小时 27.8 天 3.52 分 2.57 小时 2.6 年 45.6 天 10.5 分 5.26 年 8104 年 100 年 2.564 小时 63.9 天 17 小时 主要g能 量 MeV 无g 无g
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活化，间接地对冷却剂辐射化学作用发生影响。
The major neutron reactions in a nuclear reactor
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；
反应堆中还有其它的粒子
E = hf 。
1 0 3 4 n 6 Li H+ 3 1 2 He
1 0
n
113 48
Cd
114 48
Cd+γ
射线的穿透能力
Penetration of radiation
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 中子俘获 质子俘获 激发衰变
核转变
激发
0.551 7011 1.369 1.293 1.524 0.320 1.528 0.846 0.23 61.292 0.0585 1.332 无g 无g 1.481 0.756 0.743
g射线与物质的相互作用
Gamma ray interaction with matter
g射线射入物体后其强度的变化为：
入射g光子与原子中的束缚电子发生作用后，电子吸收了g射线的能量而电离。 入射g光子的能量hf0。一部分用来克服束缚电子对原子核的库伦引力0，一部 分变成了电子的动能E，E=hf0-0。光电效应主要造成内层电子(主要是K电子) 的电离，而对外层轨道上的自由电子极少发生作用。 当K电子被击出轨道后，外层电子将跃迁到K电子层。同时放出X射线。所 以g射线的光电效应总有射线发生。
一回路水pH值控制
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
反应堆中的辐射 Radiation in reactor
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 Neutron – 中子 Proton – 质子(氢核) Tritium nucleus – 氚核 Fission fragment – 裂变碎片
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。 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)。