自配鉬系復合緩蝕劑在秦山三期核電站的應用

　　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月投入商業運行。兩臺機組BOP（Balance of Plant）輔助系統，即電站配套子項共有14個冷卻水系統。

　　在相關設計文件中，設計方（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控制要求。

　　當時國內其他核電站冷卻水系統，主要采用磷酸鈉（個別系統采用鉻酸鉀）進行腐蝕控制。使用鉻酸鉀緩蝕效果好，但鉻鹽毒性大不環保。使用磷酸鈉的電站曾出現pH值難調節、水質嚴重超標等現象。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，而且購買國外產品還存在價格貴及緊急情況下的供貨等問題。

　　國內火電廠循環冷卻水系統，雖然在緩蝕、阻垢、殺菌和滅藻等方面有成熟的經驗，但由于核電站冷卻水系統的水質、系統材質、運行工況、化學控制要求等不同，也無法照搬火電廠的經驗。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合緩蝕劑（簡稱自配緩蝕劑）進行系統的腐蝕控制。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行評估試驗，試驗結果表明，自配緩蝕劑能使冷卻水系統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《工業循環冷卻水處理設計規范》規定的≤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均為閉式循環水系統，其中，冷凍水系統（每臺機組各1個）為連續運行模武；備用柴油機冷卻水系統（每臺機組各4個）通常處于備用狀態，每用進行一次定期試驗；廠房供暖系統（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。冷卻介質為除鹽水和生活飲用水（簡稱生活水），系統運行工況和腐蝕控制要求參見表2.系統主要材料為低碳鋼（ASTM Al06 GR.B），主要腐蝕形式為氧腐蝕和氯離子腐蝕，當系統停運或處于備用狀態時，系統的腐蝕速率高于運行期間。因為在停滯水中，材料易發生孔蝕等腐蝕類型，而且停滯水有助于細菌的繁殖和生長，從而導致微生物腐蝕、垢下腐蝕等腐蝕類型。

　　通過分析系統水質、腐蝕類型、結構材料和運行工況，分析從國外某重水堆電站收集到的有限的水質數據，秦山三期將鉬酸鈉和亞硝酸鈉作為配方的基礎，開展了藥品濃度配比、PH值調節、堿化劑添加、乙二醇添加等一系列實驗室試驗。
 

　　試驗發現在所關心的濃度范圍內，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。經過對pH調節劑磷酸鈉、四硼酸鈉、氫氧化鋰和氫氧化鈉等進行試驗和分析后，決定采用磷酸鈉調節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值的關系。

　　因此通過試驗確定了不同水質中磷酸鈉與PH值的關系曲線，并據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，因此還進行了乙二醇對緩蝕劑、PH調節劑和系統水質的影響試驗。

　　秦山三期自配鉬系復合緩蝕劑，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，而且熱穩定性高，緩蝕效果不受PH值和氯離子影響。

　　在密閉式循環冷卻水中，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作用的亞鐵-高鐵-鉬絡合氧化物的鈍化膜，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合配方，鉬濃度大于60mg/kg就能達到滿意的效果。

　　另外，秦山三期冷卻水系統均為閉式循環水系統，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境的影響。

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