[发明专利]用于核电厂预临界试验期间的一回路系统钝化的化学工艺

说明书

本发明涉及一种用于核电厂预临界试验期间的一回路系统钝化的化学工艺，包括：在核堆芯中初始装载核燃料后进行的预临界试验期间，向冷却剂中添加Zn²⁺，使Zn²⁺在预临界试验期间接触一回路系统中的金属表面以形成初始的含锌氧化物膜。本发明通过在新核电机组预临界试验期间向冷却剂添加锌，使锌在预临界试验期间接触一回路系统内的金属表面，并在金属表面上形成初始的含锌氧化物膜，新核电机组注锌钝化的实施提升了钝化膜的可靠性，确保在核电运行寿期内为一回路金属部件提供良好的保护，确保了核电机组长期稳定可靠的运行，同时也显著降低在正常功率运行期间可沉积在燃料上和变为活化的腐蚀产物的总量，从而改善了燃料的性能和尽量减少电厂剂量率。

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种用于核电厂预临界试验期间的一回路系统钝化的化学工艺。

背景技术

核电厂一般有一回路系统，它包括反应堆容器、蒸汽发生器、反应堆冷却剂泵、稳压器和连接管道。反应堆冷却剂回路包括反应堆冷却剂泵、蒸汽发生器和将这些组件连接到反应堆容器的管道。核电厂可以有两个、三个或四个反应堆冷却剂的回路。核燃料包含在反应堆芯中，其被容纳在反应堆容器中。一回路系统的一个功能是将热量从核燃料转移到蒸汽发生器。

为了使一回路系统执行其功能，冷却剂通过一回路系统进行循环。冷却剂所接触的系统材料和表面将会经受一定的腐蚀。在一次侧金属表面上钝化的保护性氧化物膜的产生对于控制材料和部件的腐蚀以及对于电厂运行期间控制腐蚀产物的释放是重要的。随着金属腐蚀，将生成金属氧化物。部分金属氧化物在一次侧表面上形成粘附性层，其余部分被释放到冷却水中。作为粘附性氧化物层，它会变得越来越钝化，并且减慢与金属表面的腐蚀反应，最终腐蚀反应降低到低的稳态值。

在压水反应堆(PWR)中的一回路系统是反应堆冷却剂系统(RCP)。在电厂运行期间，RCP中的结构材料暴露于高温的反应堆冷却剂时，发生腐蚀和形成沉积。这些腐蚀产物随后被释放到反应堆冷却剂中，并沉积在反应堆芯中的燃料上。以往可以通过耐腐蚀材料的选择以及化学控制添加剂和电厂运行实践的发展，以最大限度地减少腐蚀的形成和沉积。在正常电厂运行期间，化学控制可以用于一回路系统材料表面上的钝化膜以控制电厂运行期间的腐蚀速率和腐蚀释放速率，以尽量减少腐蚀产物在燃料上的沉积污垢和随后的活化。对于尽量减少与污垢相关的燃料性能问题和电厂剂量率的风险，这是必要的。压水堆核电机组一回路钝化是通过调节一回路系统中介质的温度和化学指标，使一回路的压力容器、主管道、堆内构件等与冷却剂接触的金属表面生成钝化膜。钝化膜对核燃料装载后核电机组的正常运行非常重要，能起到抑制、减缓金属腐蚀和减少放射性杂质生成的作用。在核电机组一回路表面形成的钝化膜主要为FeFe₂O₄、NiFe₂O₄、FeCr₂O₄、Cr-O或其中的一部分混合组成，这层致密钝化膜可以防止核电机组正常运行以后一回路金属的腐蚀和放射性物质沉积，但是随着核电运行时间加长(最长可延期至60年运行寿期)，靠自然钝化形成的这层钝化膜可能存在保护效果减弱或不足的风险。

在核电厂的商业化运行中，目前有经验表明，在一回路系统注入锌，随着锌注入一回路系统，其表面上现有的腐蚀膜氧化物变得更加稳定和更具保护性，可以抑制整体和局部的腐蚀。绝大多数执行锌注入的PWR是成熟的电厂，其在运行足够长时间(例如15至20年后)开始该过程。它们在功率运行期间，在正常的工作温度下注入锌。因此，在这些成熟的电厂中，由于持续的电厂运行，现有的氧化物膜己形成并确立在金属表面上。在现有的氧化物膜中存在镍和钴原子，再注入锌用于重构现有的氧化物膜。重构过程可以继续许多个燃料循环，直到重构的现有氧化物膜在金属氧化物界面附近具有高浓度的锌和铬。由于锌原子纳入现有的氧化物膜用于取代或替代其它原子，例如镍和钴原子，在运行的核电厂注入锌可引起离子或溶解的腐蚀产物额外释放到冷却剂中。这些额外的腐蚀产物释放到冷却剂中可提高一回路系统中循环的腐蚀产物的释放，增加可沉积在燃料上的量，从而潜在的对于燃料的性能问题增加风险。

发明内容