Study on Passivation of Primary Circuit of Nuclear Power Plant
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摘要: 在核电厂一回路的设备表面形成致密的钝化膜是核电厂热态功能试验的一项重要工作。钝化膜的质量直接影响核电厂带核运行期间的辐射源项。因此，做好热态功能试验期间一回路的钝化具有重要意义。热态功能试验期间化学控制决定着钝化膜的质量，本文首先简要分析了国内核电商用各堆型水化学的特点，其次分析了一回路冷却剂运行温度下的pH值（pHT）的影响因素和硼碱曲线。重点分析了国内4种堆型的钝化应用实例，并讨论了钝化膜形成的化学控制机理，最后对一回路钝化期间的化学控制给出改进措施。Abstract: It is an important work to forming a dense passivation film on the surface of the primary equipment in the hot functional test (HFT). The quality of the passivation film directly affects the radiation source term during the nuclear operation of the power plant. Therefore, it is of great significance to do a good job in the passivation of primary circuit during the HFT. Chemical control determines the quality of passivation film. This paper first briefly analyzes the characteristics of water chemistry of various types of nuclear power reactors in China, and then analyzes the influencing factors of pH value (pHT) and boron-alkali curve at the operating temperature of primary coolant. The passivation application examples of four types of reactors in China are emphatically analyzed, and the chemical control mechanism of passivation film formation is discussed. Finally, the improvement measures for chemical control during primary circuit passivation are given.
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Key words:
- Nuclear power plant /
- Boron-alkali curve /
- Primary circuit /
- Passivation
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图 1 采用协调硼碱曲线时pHT随运行时间的变化
Figure 1. Change of pHT with Operation Time Using Coordinated Boron Alkali Curve
图 2 采用改进硼碱曲线时pHT随运行时间的变化
Figure 2. Change of pHT with Operation Time Using Improved Boron Alkali Curve
图 3 M310 型压水堆核电机组热试期间一回路钝化工艺流程
Figure 3. Process Flow of Primary Circuit Passivation during HFT of M310 PWR Unit
表 1 M310机组热态功能试验钝化期间水质要求
Table 1. Water Quality Requirements during Passivation in M310 HFT
参数名 取值范围 pH25℃ 9.80~10.50 LiOH浓度/ppm 0.40~2.20 O2浓度/ppm <0.10（温度大于120℃时） Cl-浓度/ppm < 0.15 F−浓度/ ppm < 0.15 SO4浓度/ppm < 0.15 SiO2浓度/ppm < 0.40 悬浮物浓度/ppm < 0.10 Na浓度/ppm < 0.20 H2浓度/ppm < 5.00 
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表 2 VVER机组热态功能试验钝化期间水质要求
Table 2. Water Quality Requirements during Passivation in VVER HFT
参数名 取值范围 pH25℃① 5.6~7.5 pH25℃② 9~10.5 pH300℃② 6.9~7.5 Cl−浓度/ppm <0.1 F−浓度/ppm <0.1 K+浓度/ppm② 2~5 O2浓度/ppm③ <0.02 SiO2浓度/ppm <0.2 悬浮物浓度/ppm <0.2 H2浓度/(NmL·kg−1)④ 2~5 注：①加钾前；②加钾后；③>120℃时O2要求；④指标期望值，NmL为标准状态下的体积。
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表 3 AP1000机组热态功能试验钝化水质要求
Table 3. Water Quality Requirements during Passivation in AP1000 HFT
参数名 限值与范围 参数名 限值与范围 pH292℃ 7.3 O2浓度/ppm <0.1 pH25℃① 9.5~10.1 Zn2+平均浓度/ppb③ 46 SO42−浓度/ppm <0.15 H3BO3浓度/ppm 500~1000 Cl−浓度/ppm <0.15 H2浓度/(NmL·kg−1) 30 F−浓度/ppm <0.15 悬浮物浓度/ppm <2 Li+平均浓度/ppm 0.63 pH25℃② 4.0~5.6 注： ①钝化期间；②冷却后；③ ppb =μg/L
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表 4 各堆型热试期间化学控制对比
Table 4. Comparison of Chemical Control in HFT of Each PWR Type
堆型 M310和VVER HPR1000 AP1000 方式 碱性控制 碱性还原控制 注锌碱性还原控制 化学添加物 LiOH/KOH LiOH+H2 LiOH+H2+Zn 钝化开始温度/℃ 260 H2达到目标浓度时的温度 292 钝化维持时间/h >300 >300 >336 pH25℃ 9.8~10 9.8~10 9.5~10.1（注硼后4.0~5.6） Li+或K+浓度/ppm 0.5~2.0（目标2~5） 约2.0 0.3~0.8（目标0.5） H3BO3浓度/ppm — 20 500~1000 悬浮物浓度/ppm <1 <1 <2
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表 5 热试期间目标pHT需加碱量对比
Table 5. Comparison of Alkali Dosage Required for Target pHT in HFT
pHT 6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 Li+浓度/ppm 0.22 0.3 0.35 0.45 0.55 0.7 K+浓度/ppm 1.20 1.6 2.00 2.50 3.20 4.0
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