自配钼系复合缓蚀剂在秦山三期核电站的应用

　　文/方岚   覃文　　

　　秦山三期核电站（简称秦山三期）为中加合作建造的双机组重水堆核电站，装机容量为2×728MW，分别于2002年12月、2003年7月投入商业运行。两台机组BOP（Balance of Plant）辅助系统，即电站配套子项共有14个冷却水系统。

　　在相关设计文件中，设计方（以美国Betchel公司为主）仅要求冷却水pH值大于9，未提供缓蚀剂名称和浓度范围等化学控制要求。

　　当时国内其他核电站冷却水系统，主要采用磷酸钠（个别系统采用铬酸钾）进行腐蚀控制。使用铬酸钾缓蚀效果好，但铬盐毒性大不环保。使用磷酸钠的电站曾出现pH值难调节、水质严重超标等现象。从国外某重水堆核电站了解到的信息只有缓蚀剂的型号和厂商，而且购买国外产品还存在价格贵及紧急情况下的供货等问题。

　　国内火电厂循环冷却水系统，虽然在缓蚀、阻垢、杀菌和灭藻等方面有成熟的经验，但由于核电站冷却水系统的水质、系统材质、运行工况、化学控制要求等不同，也无法照搬火电厂的经验。因此秦山三期面临着缓蚀剂的选择问题。

　　通过一系列分析、研究和实验室试验，秦山三期最终采用自配的钼系复合缓蚀剂（简称自配缓蚀剂）进行系统的腐蚀控制。目前自配缓蚀剂在两台机组已使用八年，冷却水中总铁和悬浮固体的含量均满足化学控制要求。

　　2005年秦山三期委托苏州热工研究院对自配缓蚀剂的缓蚀效果进行评估试验，试验结果表明，自配缓蚀剂能使冷却水系统的腐蚀速率控制在较低的水平，对碳钢（ASTM  Al06  GR.B）的腐蚀率完全满足GB50050-2007《工业循环冷却水处理设计规范》规定的≤0.075mm/a的要求，见表1。
 

缓蚀剂配方研究

　　秦山三期冷却水系统均为闭式循环水系统，其中，冷冻水系统（每台机组各1个）为连续运行模武；备用柴油机冷却水系统（每台机组各4个）通常处于备用状态，每用进行一次定期试验；厂房供暖系统（每台机组各2个）每年11月至来年5月运行，其余时间停运保养。冷却介质为除盐水和生活饮用水（简称生活水），系统运行工况和腐蚀控制要求参见表2.系统主要材料为低碳钢（ASTM Al06 GR.B），主要腐蚀形式为氧腐蚀和氯离子腐蚀，当系统停运或处于备用状态时，系统的腐蚀速率高于运行期间。因为在停滞水中，材料易发生孔蚀等腐蚀类型，而且停滞水有助于细菌的繁殖和生长，从而导致微生物腐蚀、垢下腐蚀等腐蚀类型。

　　通过分析系统水质、腐蚀类型、结构材料和运行工况，分析从国外某重水堆电站收集到的有限的水质数据，秦山三期将钼酸钠和亚硝酸钠作为配方的基础，开展了药品浓度配比、PH值调节、碱化剂添加、乙二醇添加等一系列实验室试验。
 

　　试验发现在所关心的浓度范围内，钼酸钠和亚硝酸钠无论以任何浓度配比，其PH值均为中性，无法满足PH大于9的要求，必须加入碱化剂。经过对pH调节剂磷酸钠、四硼酸钠、氢氧化锂和氢氧化钠等进行试验和分析后，决定采用磷酸钠调节pH值。由于磷酸三钠为三元弱酸盐，不能直接计算水中磷酸钠浓度与PH值的关系。

　　因此通过试验确定了不同水质中磷酸钠与PH值的关系曲线，并据此估算磷酸钠的加药量。由于备用柴油机冷却水中，添加了乙二醇作为防冻剂，因此还进行了乙二醇对缓蚀剂、PH调节剂和系统水质的影响试验。

　　秦山三期自配钼系复合缓蚀剂，主要成分为钼酸钠、亚硝酸钠和磷酸钠。钼酸钠作为阳极型缓蚀剂，能增加阳极极化，使腐蚀电位正移，而且热稳定性高，缓蚀效果不受PH值和氯离子影响。

　　在密闭式循环冷却水中，需要有诸如亚硝酸钠一类的氧化性盐类，亚硝酸钠也是阳极型缓蚀剂，对碳钢具有良好的缓蚀作用。在有氧化剂存在的条件下，钼酸钠能在金属表面形成具有保护作用的亚铁-高铁-钼络合氧化物的钝化膜，它不溶解于中性或碱性水溶液。钼酸钠主要缺点是单独使用时投加浓度较高，要达到400-500mg/kg才能获得满意的效果。

　　而且钼酸钠价格比亚硝酸钠、磷酸钠贵几十倍。但秦山三期自配缓蚀剂为复合配方，钼浓度大于60mg/kg就能达到满意的效果。

　　另外，秦山三期冷却水系统均为闭式循环水系统，补水量少，首次加药后，每隔1~2年，只需要再补加少量药品就能满足化学控制的要求，克服了钼酸钠价格贵的缺点，同时也减少了亚硝酸钠的排放对环境的影响。

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