核岛设备冷却水系统的水质控制研究

金益强+段晓亮

摘 要：核电厂是我国主要的发电方式之一，冷却水系统的水质对其发电效果具有一定的影响。在核电工程中，冷却水系统负责为发热装置提供冷却水。由于核电工程庞大而复杂，长时间使用会出现大量的污垢，甚至出现腐蚀，处理不及时将导致设备换热能力降低，影响设备的运行寿命。基于核岛发电的重要性，对核岛设备冷却水系统水质控制过程进行分析。

关键词：核岛设备；冷却水系统；水质控制

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2017.16.103

核电站是我国经济的重要组成部分，冷却水形系统则是促进设备正常运行的关键。基于这一点，企业应重视核岛设备冷却水系统的水质控制，尤其是针对腐蚀和结垢。核岛设备运行复杂，冷却水系统的水质问题始终是我们重点探讨的问题，文章从这一角度出发，对该问题进行细致的分析。

1 核岛冷却水系统水质问题分析

核岛冷却水系统在运行过程中，会由于热量交换能力降低，出现水质污染严重的问题。设备结垢和腐蚀是常见现象，为进一步了解决这一问题，我们对设备结垢的原因进行分析。

1.1 结垢

结垢的主要因素是循环水在长期使用中出现的水变质而导致的过饱和，水中会有大量的晶核析出。当晶核足够大时就会吸附于换热器的表面，其中主要影响因素包括水温、水流速、水质和换热的温差。具体过程为：循环水运行过程中，会吸收一定的热量而出现挥发，使微生物的浓度提高，这样其吸附能力和结垢可能性提高。另外，在补充水时，水质盐碱度、硬度以及pH值，都对循环水的饱和状态具有一定的影响，并且pH值越高，系统循环水就越容易饱和，越容易结垢。组成核岛设备冷却水水垢的主要成分是由碳酸钙、碳酸镁等微溶解度盐组成，这是由于这部分盐的溶解度会随着水温的升高而降低。水垢的附着率与循环水的流速呈反向相关，通常水流速越慢，越容易沉淀和结垢。水流速度足够快时，对污垢具有一定的冲击力，减缓其附着能力。

1.2 腐蚀

核岛设备冷却水腐蚀主要分为化学腐蚀和电化学腐蚀两种。判断其是否发生腐蚀可以通过测试水的监督、硬度或者浊度来完成，腐蚀主要分为点蚀、溶解氧腐蚀和微生物腐蚀等。点蚀是由于天然水中所含的氯离子，该离子为阴性并且具体较高的极性，能够介质穿透金属表明的预制膜，从而造成点蚀。点蚀严重的地区通常都为死角或者通道具有较大的变化的情况，温度对氯离子具体较大的诱惑作用，温度是化学反应的重要因素，当水中含有氯离子，则温度将影响腐蚀，并且呈正相关。也就是温度越低，腐蚀的程度越低，高温则会增加设备被腐蚀的概率。

溶解度腐蚀是源于冷却系统的结构，在核岛设备设计上，水系统多设计为敞开式结构，水在冷却塔内出现喷洒，溶解度将受到影响而提高，进而加大对设备的腐蚀程度。溶解度腐蚀在划分上属于电化学腐蚀，这是由于金属的电极电位为低氧的电位，电化学腐蚀在检测时往往会在热交换器上出现褐色或者红褐色的鼓包，腐蚀产物不断的增加导致设备的性能下降，这也是除去溶解度腐蚀后出现坑陷的主要原因。金属铁腐蚀后，会产生大量的亚铁离子，属于不稳定化学物质，并且能够与其余的游离物质结合，造成再次的腐蚀。微生物腐蚀则是一种类似颠覆式的局部腐蚀现象，微生物是在长期的水垢、水温升高滋养出来的。微生物中包含大量的细菌、藻类等原发性生物，对设备造成影响。此外，冷却水系统还容易出现菌藻污泥，使微生物快速繁殖，并且由于设备为敞开式结构，因此光合作用促进了腐蚀过程。藻类死亡产生微生物和腐烂物质，加速腐蚀过程。粘泥影响热传递，导致设备性能下降。

2 循环冷却水系统控制方法

根据冷却系统的具体运行，确定水质的控制目标，并制定具体的控制方法。其中主要控制项目包括冷却循环系统中水的pH值、盐度、咸度、浊度、亚铁离子浓度以及氯离子浓度等。针对结垢和腐蚀采取不同的控制方法，具体分析如下。

2.1 结垢的控制方式

对结垢的控制主要是降低其浊度，并严格控制补给水的盐度等基本参数，使其水质满足基本要求。增设旁滤装置，对水中的杂质进行控制，旁流量通常为循环水量的3%左右。通过控制提高水流速度，降低水流温度，一般要求水流速要在0.8～1.2m/s。控制水中的pH值，可以通过加酸或者输入二氧化碳的方式来降低pH值，防止水的碱性过高。可以针对性的使用除垢剂，正确选择浓缩倍数，设计工艺流程，有效的进行循环水冷却水结垢处理。

我公司根据目前的冷却水系统水质情况，安装了自动加酸装置，向循环冷却水中投入硫酸，降低水的pH值，当然要控制酸的加入量，以防止检测过敏，同样造成腐蚀。可以通过在硫酸储罐中加入一日量加酸罐作为过渡，这样就可以正确的控制加入酸的量。为了监测腐蚀状况，我公司还将循环水挂片作为抗腐蚀的方法，取得了不错的效果，将碳钢挂片腐蚀率控制在要求之内，并且远低于国家标准。

2.2 腐蚀的控制方法

根据我公司腐蚀的特点，笔者提出四种控制腐蚀方案，其中包括pH值控制，氯离子控制、微生物控制和含氧量控制等。将根本上进行水质控制，制定控制标准并严格执行，将pH值控制在合理的范围内，对于腐蚀而言，适当增加pH值则可以降低腐蚀速率，使水质自然升高，但是过高则会增加结垢的几率。以此，同样需要加入浓硫酸来控制水的pH值。由于水在冷却塔内喷洒曝气，导致其氧溶解度极大的提高，在温度和压力下，氧的饱和浓度过高，进而对设备造成腐蚀。我公司在工艺装置区间进行冷却水系统腐蚀测试，发现该部分设备的腐蚀程度较高，因此有必要降低曝气，控制氧的含油量。可以控制循环水越过冷却塔而使用旁通管道的方式，使溶解度得到控制。

腐蚀是常见现象，可以通过适当的方法控制，但是无法完全消除，此时需要适量的药剂来进行腐蚀控制，我公司所采用的腐蚀剂主要为锌盐和聚磷盐酸，具有效果好，成本低等特点。两种方法同时使用具有除垢和抗腐蚀两大作用，单独使用锌盐效果不是十分理想。磷酸离子对微生物的滋长具有促进作用，而常用的锌盐就是由硫酸锌和氧化锌两种，实践证明，锌盐的防腐蚀性并不高，因此常常需要与其他有效的缓蚀剂联合使用。并且新金属具体一定的毒性，对于生物的生长具有影响，可造成严重的环境污染，因此对于使用后的排污要进行必要的处理，或尽量减少锌金属的使用。

2.3 生物菌藻类污泥控制方法

在生产过程中，我们可以使用氧化杀菌剂和非氧化杀菌剂进行生物杀菌，交替使用则可以降低微生物的抗药性、在生产过程中，非氧化杀菌剂是由另种药物交替使用来控制生物菌藻，夏季温度高，光照条件较好，可以将其暴露于空气中，降低腐蚀，进而提高质量。冬季则适当的降低频率。氧化剂为主，需要每天加一次，而非氧化剂每月加一次即可。当然还可以根据季节或者温度的不同进行分配和调整，上文已经进行了详细的分析。氧化性杀菌剂的使用，主要目的是在于防止微生物过多而产生粘泥或者形成污垢、腐蚀。

3 总结

核电厂是我国主要的发电方式之一，冷却水系统的水质对其发电效果具有一定的影响。在核电工程中，冷却水系统负责为发热装置提供冷却水。因此，在整个过程中，保持冷却水系统内的水质是主要任务之一，在实际生产中，应认真观察水质，加强日常监测。根据水质的基本情况，进行综合处理，切忌单一的处理方式，腐蚀和结垢往往是相对的，要在完成处理任务的前提下，尽量降低成本。对后期生产则分析原因，调整冷却水系统的结构，保证水质。

参考文献

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