PPT《核电化学知识培训》

核电化学知识培训 国投钦州发电有限责任公司雷建平2007.

12.15 核电厂一回路辅助系统 从这儿引导你吧!!! 核电厂一回路辅助系统分类 典型的PWR核电厂通常设置20多个一回路辅助系统.这些系统分为三类(按基本功能):① 反应堆装置的流体系统e.g. 化学和容积控制系统(化容系统)、硼回收系统、堆芯余热排出系统、设备冷却水系统、主泵轴封水系统、废燃料池冷却及净化系统、取样系统、重要厂用水系统etc.② 专设安全设施(工程安全设施)e.g. 安全注射系统(安注系统)、安全壳冷却系统、安全壳通风冷却系统、安全壳隔离系统、空气净化系统、消氢系统etc.③ 放射性废物处理系统e.g. 放射性废液处理系统、废气处理系统、固体废物处理系统etc. 看出点门道没? 那就是:一回路辅助系统大多与水的处理有关.在PWR中,水的作用:① 慢化剂;

② 冷却剂;

③ 换料及废燃料处理时用作屏蔽材料;

④ 事故时用作安注水;

⑤ 去污系统中对设备与人员去污;

伴随一些有害过程:① 水对材料的腐蚀;

② 水参与裂变产物的迁移;

③ 水在慢化中子过程中被活化;

④ 水在屏蔽射线的同时自身分解. 进入正题

1、冷却剂水质控制 与放射性水处理工艺 水质控制即净化反应堆冷却剂,控制pH值和O

2、H2浓度,以减少冷却剂对设备和管道的腐蚀.在0.5%的燃料包壳破损情况下,能 保持堆冷却剂水质及放射性水平符合要求. 两方面控制:

1、放射性水平的控制

2、水质指标的控制. ① 放射性水平的控制冷却剂的放射性来自: 水及其中杂质的活化;

裂变产物的释放;

腐蚀产物的活化;

化学添加物的活化. 水活化产物中最重要的是16N,其? 射线很强,是决定一回路系统二次屏蔽设计的主要因素.但16N半衰期极短,一般不列入冷却剂总放射性. 事实上,冷却剂放射性绝大部分来自裂变产物,小部分来自腐蚀产物活化产物.有些核电厂对冷却剂总放射性指标作出规定,一般为4?l04Bq/L ? 4?l05Bq/L.此指标完全由燃料包壳破损率和冷却剂净化系统的效率所决定. 裂变产物向冷却剂的释放速度正比于它在燃料中的累积量.冷却剂中裂变产物的放射性大小取决于三个因素:裂变产物逃逸率;

核素衰变;

净化作用、裂变产物沉积等原因造成的裂变产物损失. 对于一座典型的1000 MW级压水堆核电厂,在冷却剂中各种裂变产物和活化腐蚀产物的放射性中,冷却剂的放射性主要是由惰性气体 (占90%以上)、碘 (占3%以上)、铷 (占1%)、钼 (约占1%) 和铯 (小于1%) 组成的.进入一回路冷却剂的放射性惰性气体每年大约有数千万GBq,绝大部分是Kr、Xe等短寿命的同位素,它们在运行过程中自行衰变,排出堆外后很快就消失,需作净化处理的仅占很小一部分. 化容系统的设计应能有效地去除上述放射性物质,在设计规定的燃料包壳破损情况下(例如0.5%),保持冷却剂低于规定的放射性水平. ② 水质指标控制 水作为冷却剂在一回路的高温高压和强辐射场中循环,它除了载热和慢化中子外,还发生一系列反应,其中包括:水和其中杂质的中子活化反应,水的辐射分解,水对材料的腐蚀及腐蚀产物的活化、迁移和沉积,裂变产物从破损的燃料元件中逃逸及其随冷却剂的转移等.这些过程都导致水质恶化,回路中放射性增高以及结构材料损坏等不良后果.在这些过程中,腐蚀的问题尤为重要.除了引起结构材料破坏外,也是裂变产物释放和腐蚀产物活化的根本原因.水的辐射分解只是由于辐射分解的氧会加剧腐蚀才被重视.至于水和其中杂质的活化,其影响更为有限.总之,防止腐蚀是冷却剂化学的中心任务.为此,一方面发展耐腐蚀的结构材料,另一方面应该严格控制冷却剂的水质.对于一个建成的核电厂,冷却剂的质量指标的确定是以防止材料腐蚀为基本出发点的.核电厂运行经验表明,严格控制水质是保证核电厂安全运行的重要措施之一.对于压水堆核电厂反应堆冷却剂,应严格限制其氧、氯和氟等杂质的质量分数,将pH值控制在合适的范围,同时对其中的pH值控制剂和总悬浮体含量确定一个限制指标. A. 氧 水中游离氧的存在是造成金属材料腐蚀的重要原因.在无氧的高温水中,不锈钢表面将生成Fe3O4和?-Fe2O3型氧化物.它们构成了致密的氧化膜,保护金属不被进一步氧化.相反,若水中存在游离氧,则生成?-Fe2O3型氧化物.它结构疏松,不具备保护作用.氧的存在还加剧奥氏体不锈钢氯离子应力腐蚀破坏.试验表明,在无氧的氯化物溶液中,奥氏体不锈钢不会发生腐蚀破坏.而在氯离子质量分数相同的条件下,加载试样出现裂缝的时间与溶液中氧的质量分数成反比.当冷却剂中游离氧的质量分数低于0.1*l0-6时,可以避免氯离子引起的应力腐蚀发生.于是这个数值就成为冷却剂中游离氧含量的上限值. 对于冷却剂中含氧量采取的控制手段:① 对溶液氧的控制 在室温及常压下,由空气中溶入冷却剂中的饱和氧含量为10ppm.目前采用的办法是联氨除氧,即通过化学添加箱注入一定数量联氨:N2H4+O2 →N2+2H2O 以上反应在90-120?C范围内反应速率最快.因而在反应堆启动过程中,在90?C以下加入联氨,在升温至120?C时要停留几小时,直至取样分析表明氧含量达到水质标准为止.联氨在175?C起缓慢分解,在反应堆额定工作温度下,已全部分解完毕,因而过量的联氨不会造成不良后果. ② 对水的辐射分解产生氧的控制电离辐射引起的水的化学变化过程相当复杂.按照辐解产物的化学形态,可分为分子产物(H