压水堆核电站一回路主要活化腐蚀产物及水化学控制措施

孙显海

辽宁红沿河核电有限公司 辽宁大连 116000

压水堆核电站一回路冷却剂系统在经一回路冷却剂运载，在堆芯中被中子活化后形成腐蚀产物。在核电站运行过程中，强化此类腐蚀产物的水化学控制对于降低污染物生成、提高核电站经济效益的意义重大，值得关注。

1 对一回路主要活化腐蚀产物的分析

1.1 压水堆核电站一回路常见腐蚀产物及生成机理

目前在压水堆核电站运行中，一回路的常见腐蚀产物包括：①58CO。镍是蒸汽发生器传热管主材的重要成分，大部分管材中镍的含量超过58%，并且蒸汽发生器的传热管与一回路冷却剂接触的湿表面达到一回路系统表面的60%以上，所以随着58Ni反应生成的58CO成为一回路监测的重要项目，根据当前的统计结果可知，58CO占核电站放射性物质含量的15%。②60CO。钴是一回路系统中材料的主要杂质，常见于阀座、耐磨部件等位置，从化学角度来看，59CO是钴的稳定同位素，在中子中会出现较大的反应界面，随着运行时间的延长，会在磨蚀等作用的影响下经中子活化运行生成大量的60CO。60CO的半衰期长达5.3a，因此核电站的运行时间越长，则60CO所占比重将会不断升高。③110mAg。从性能上来看，银具有满意的化学稳定性，在密封件上涂银有助于强化密封效果。而在一回路系统中，外侧的Ag外包覆层与冷却剂接触管道中含有大量银，随着相关杂质进入堆芯之后，会在中子作用下形成大量的110mAg。

1.2 常见腐蚀物对源项的贡献

根据前文的分析结果可知，现阶段压水堆核电站一回路主要活化腐蚀产物中种类较多，而在这个过程中，不同腐蚀物对源项都会产生贡献作用。在机组运行过程中，腐蚀产物主要集中在主系统与堆芯表面上，并形成了一层松散的腐蚀薄膜，容易产生转移现象。该沉积膜在燃烧循环过程中会维持着沉积与溶解相互平衡的状态，而随着腐蚀产物移动至堆芯之后，其中的镍、钴等元素将会在中子作用的影响下转变为60CO、59CO、58CO等物质，最终成为腐蚀产物沉积膜的主要成分。在一回路冷却剂中，活化腐蚀物都会对辐射场源项的影响较为突出，其中的主要物质包括58CO、60CO、110mAg等。

2 控制措施

2.1 优化水化学控制，减少活化腐蚀产物

优化水化学控制对于降低活化腐蚀产物的生成有直接影响，从压水堆核电站的生产过程来看，在一回路冷却剂中需要添加硼酸为可溶中子吸收剂，并且在生产环节也习惯于通过调整硼酸浓度达到优化补偿反应性的目的。但是在实际上，硼酸作为一种酸性物质，不利于腐蚀控制。所以在为了能够达到水化学控制的目的，需要通过增添氢氧化锂等方法将冷却剂调整至弱碱性，所以对于一回路水化学的锂-硼协调成为其中的关键。根据相关学者的研究结果，需要将一回路的pH值控制在6.9-7.4范围内，这样才能达到降低活化腐蚀产物产生的目的[1]。

而目前结合MIT（麻省理工学院）的试验分析结果，通过将硼锂协调至6.5-7.5之后，结果显示随着压水堆核电站运行时间的增长，其关键活化腐蚀产物58CO、60CO均与pH值之间表现出相关性，pH值增加，则58CO、60CO活化腐蚀物的生成量下降，提示该方法具有可行性[2]。

在运行阶段，为强化水化学控制效果，压水堆核电站一回路在运行过程中，冷却剂pH值控制中将Li浓度维持在2.5-2.6mg/kg范围内，随着时间的推移，发现水化pH值从6.9上升至7.0；之后维持着在7.0左右，遂将Li浓度下调至2.1mg/kg，之后保持2.1mg/kg的浓度直至水化pH值上升至7.2，最后维持这一pH值不变并降低Li浓度直至循环结束。从生产效果来看，在经过上述的处理后，可以将一回路放射性核素计量率降低约30%。因此根据这一结果可认为，在压水堆核电站一回路应该严格遵照这一标准，认真控制pH值，最终达到减少腐蚀产物生成的目的。

2.2 停堆的氧化运行

从功能来看，氧化运行已经成为压水核电站一回路运行的重要组成部分，其主要目的为：①降低停堆剂量率。在停堆末期通过引入氧化氢，能够确保主系统处于酸性氧化环境中，进而加快了主系统与堆芯腐蚀物的释放，因此通过净化床能够有效去除系统释放的产物，有助于降低停堆剂量率。②缩短大修时间。在系统氧化运行期间，原本需要进行数十天的活化腐蚀产物的释放过程可以在几十分钟内完成，因此可以为换料修整提供更多的时间，保证了一回路运行效率[3]。在氧化运行过程中，整个生产过程可以分为以下几个阶段进行，分别为加药→氧化→净化。其中当反应堆的冷却温度达到80℃时，可以考虑将一定量的过氧化氢注入一回路中，经压缩空气做吹扫之后，能够加快系统的氧化进程。一般一回路在注入过氧化氢40min左右即可进入氧化阶段，此时反应堆中冷却溶解氧的浓度会在短时间内上升至1.0mg/kg，此时通过将一回路系统的下谢亮调整至最大标准（在这个过程中，58CO与γ放射性含量会在短时间内达到峰值，而在随后的7-12h内110mAg的峰值也会出现）。在净化床的作用下，冷却剂的放射性比活度会有显著下降。之后再净化环节，冷却剂的放射性比活度会按照公式（1）的方式下下降。

在公式①中，M0为反应堆的冷却剂总量，其单位为“t”；L为净化流量，单位为“t/h”；ε为净化床效率；CO为净化前的放射性比活度，单位为“MBq/m3”；C1为净化后的放射性比活度，单位“MBq/m3”；△t为时间的间隔数量，单位为“h”。

在停堆的氧化运行过程中，当化学平台注入过氧化氢之后，其冷却剂的放射性水平会达到峰值，此时随着下泄流量的增加，会发现冷却剂的放射性有明显下降，相互之间存在线性关系。

3 结语

在压水堆核电站一回路会产生多种活化腐蚀产物，在化学控制过程中，相关人员需要结合生产要求，从安全生产、稳定生产角度入手，探索水化学控制的新方案，争取为实现压水堆核电站平稳运行奠定基础。