在壓水堆（PWR）核電站中，蒸汽發(fā)生器（SG）是一回路和二回路系統(tǒng)的連接樞紐，作為熱交換設(shè)備，其主要功能是把一回路的熱能傳遞給二回路給水并產(chǎn)生飽和蒸汽供給二回路動(dòng)力裝置，因此SG既負(fù)荷著高溫、高壓、高流速的一回路水，又承載著氣液兩相流的二回路高溫水，其工作環(huán)境十分惡劣。由于SG的特殊結(jié)構(gòu)，在PWR核電站運(yùn)行過程中二回路系統(tǒng)產(chǎn)生的腐蝕產(chǎn)物或雜質(zhì)極易遷移至SG內(nèi)發(fā)生二次側(cè)沉積，尤其是傳熱管、管板、支撐板表面及支撐板與傳熱管縫隙處易發(fā)生沉積結(jié)垢。這些污垢若未能及時(shí)清除，則會(huì)造成傳熱管材腐蝕、蒸汽壓力下降及運(yùn)行不穩(wěn)定等問題，嚴(yán)重危害SG的安全高效運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，核電廠功率損失中有80%是由SG損壞引起的。因此，解決SG二次側(cè)污泥沉積問題對(duì)核電站的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

針對(duì)SG二次側(cè)污垢沉積的問題，國內(nèi)外核電業(yè)界采用的做法主要有：

①在大修期間對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長并已經(jīng)形成污垢沉積的SG進(jìn)行清洗，包括水力清洗、化學(xué)清洗、鼓泡清洗等；

②在運(yùn)行期間對(duì)二回路進(jìn)行嚴(yán)格的水化學(xué)控制，包括嚴(yán)格控制給水水質(zhì)（添加投運(yùn)凝結(jié)水精處理裝置等）、添加除氧劑（如聯(lián)氨）、添加pH調(diào)節(jié)劑（氨、乙醇胺或嗎啉等）控制pH堿性范圍等；

③停堆保養(yǎng)、加裝磁鐵過濾器等其他方法。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，即使夠較好地控制了SG二次側(cè)大空間水質(zhì)，給水中含鐵或銅的腐蝕產(chǎn)物還是不可避免由于蒸發(fā)而滯留在二次側(cè)，導(dǎo)致泥渣沉積與結(jié)垢。雖然大修期間定期的水力清洗能夠較好地清除SG二次側(cè)的泥渣沉積，但由于輻照劑量高、現(xiàn)場作業(yè)空間狹小等，水力清洗存在不可達(dá)區(qū)域，且水力清洗只能在大修停堆期間實(shí)施，而運(yùn)行期間大量泥渣沉積帶來的腐蝕問題可能已經(jīng)發(fā)生并正在危及SG運(yùn)行安全。值得關(guān)注的是，國外一些核電站正在逐漸推廣一項(xiàng)新技術(shù)，即在SG運(yùn)行期間通過分散劑的在線微量加入改變SG二次側(cè)腐蝕產(chǎn)物的沉積與結(jié)垢特性，通過定期/不定期排污快速直接排出這些沉積于污垢，達(dá)到污垢最小化的目的。近年來，這項(xiàng)技術(shù)也引起了國內(nèi)核電專業(yè)學(xué)者的普遍關(guān)注，被視為控制結(jié)垢的一種可行方式。

一、國外核用分散劑的應(yīng)用現(xiàn)狀

國外關(guān)于核用分散劑的研究較早，且逐漸證實(shí)分散劑在減少SG結(jié)垢和提高傳熱效率方面是有價(jià)值的，這也促使國外越來越多的核電站采用分散劑來促進(jìn)SG中污垢的排出。20世紀(jì)末，加拿大原子能有限公司（AECL）專家評(píng)估了分散劑應(yīng)用于核電機(jī)組SG的可行性。指出聚丙烯酸（PAA）和羥基乙叉二膦酸（HEDP）這兩種聚合物分散劑在磁鐵礦懸浮液高溫沉降試驗(yàn)中表現(xiàn)出較高的分散能力，是最有效的聚合物分散劑，但由于HEDP中的磷酸可能存在腐蝕問題，不適用于核蒸汽發(fā)生器。報(bào)告還指出，PAA分散劑對(duì)單相強(qiáng)制對(duì)流下的顆粒沉積速率沒有影響，但在沸騰流動(dòng)狀態(tài)下，添加PAA分散劑可降低顆粒沉積速率。此外，初步腐蝕試驗(yàn)表明，在PAA存在下SG管材的點(diǎn)蝕或一般腐蝕可忽略不計(jì)。他們還研究了三種分散劑（聚膦酸分散劑PIPPA、聚甲基丙烯酸PMA和羥乙基丙烯酸甲酯HEME）在SG工作條件下對(duì)磁鐵礦懸浮液的沉積效果。試驗(yàn)表明，這些分散劑將腐蝕產(chǎn)物控制在較小的尺寸范圍且使其呈雙峰分布。當(dāng)分散劑質(zhì)量濃度為10 mg/kg時(shí)，PMA、PIPPA和HEME存在條件下的腐蝕產(chǎn)物沉積量顯著降低。其中，PIPPA是最利于鐵排出的分散劑。在Fe59示蹤劑沉積回路試驗(yàn)中，只有PIPPA和HEME能有效降低流動(dòng)沸騰條件下的顆粒沉積速率；在單相強(qiáng)迫對(duì)流條件下，分散劑對(duì)沉積沒有影響。21世紀(jì)初，Betz Dearborn公司制備了一種符合核用標(biāo)準(zhǔn)的高分子量PAA分散劑。經(jīng)過美國電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）嚴(yán)格鑒定后，分散劑被批準(zhǔn)首先應(yīng)用于阿肯色州核電站一單元二號(hào)機(jī)組（簡稱ANO-2）進(jìn)行了為期3個(gè)月的短期試驗(yàn)，隨后應(yīng)用于McGuire核電站的2號(hào)機(jī)組（簡稱McGuire-2）進(jìn)行了為期14個(gè)月的長期試驗(yàn)。

ANO-2短期試驗(yàn)結(jié)果表明：PAA的注入導(dǎo)致SG排污流中的腐蝕產(chǎn)物濃度快速且持續(xù)地增加，排污中鐵濃度也顯著增加。即使PAA注入量較低（<6 μg/L）時(shí)，排污除鐵效率也從試驗(yàn)前的1%~2％顯著增加到20%~60％。在給水中注入0.5~12 μg/L PAA，對(duì)二回路水化系統(tǒng)及其總有機(jī)碳、陽離子電導(dǎo)率均沒有影響。McGuire-2長期試驗(yàn)結(jié)果也指出，添加2~4 μg/L PAA可使腐蝕產(chǎn)物的去除效率從5%提高至45%~50%，而且并未發(fā)現(xiàn)其對(duì)二回路化學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。為減少鐵基顆粒引起的結(jié)垢，EPRI最初開發(fā)并認(rèn)證了分散劑PAA在PWR二回路系統(tǒng)中的使用。國外核用分散劑在核電廠的應(yīng)用形式主要包括功率運(yùn)行階段長期在線添加（LTU）、啟機(jī)期間二回路循環(huán)沖洗（LPR）、大修停運(yùn)期間SG濕保養(yǎng)（WLU）和泥渣沖洗（SL）等。

據(jù)EPRI記載，自ANO-2短期試驗(yàn)和McGuire-2長期試驗(yàn)開始，截至2014年，全球21個(gè)PWR核電站共計(jì)有52次分散劑添加應(yīng)用（11個(gè)機(jī)組LTU應(yīng)用，13個(gè)機(jī)組共計(jì)23次WLU應(yīng)用，7個(gè)機(jī)組共計(jì)13次LPR應(yīng)用，4個(gè)機(jī)組共計(jì)5次SL應(yīng)用）；與沒有添加分散劑的機(jī)組相比，所有使用分散劑的機(jī)組均提高了鐵去除效率（平均為7~8倍）；大多數(shù)情況下，使用分散劑還改善了SG的傳熱效率。添加核用分散劑可以減少SG結(jié)垢、提高傳熱效率，這促使國外越來越多的核電站采用分散劑。

二、國內(nèi)核用分散劑的研究現(xiàn)狀

國內(nèi)核電產(chǎn)業(yè)起步較晚，隨著核電站運(yùn)行時(shí)間的延長，SG內(nèi)腐蝕產(chǎn)物沉積問題也普遍存在。目前國內(nèi)各核電站一般采用運(yùn)行時(shí)控制給水水質(zhì)、大修時(shí)進(jìn)行水力沖洗、根據(jù)需要不定期進(jìn)行化學(xué)清洗等措施，截至2020年未見采用添加分散劑以加強(qiáng)SG排污這種新型處理方式的相關(guān)報(bào)道。隨著分散劑在其他工業(yè)領(lǐng)域的成功應(yīng)用及國外核電站在線添加分散劑的成功運(yùn)行，近年來國內(nèi)逐步開始重視核用分散劑的研究。曹林園等采用高溫高壓腐蝕試驗(yàn)研究了分散劑PAA對(duì)設(shè)備材料A508III和A106Gr.B在模擬壓水堆二回路水溶液中腐蝕行為的影響。結(jié)果表明：2000小時(shí)腐蝕試驗(yàn)后，與無PAA工況相比，A508III和A106Gr.B試樣的腐蝕速率分別下降21.58%和8%；在分散劑作用下，A508III試樣氧化膜表面顆粒物結(jié)晶度下降，氧化膜更薄；PAA分散劑與A106Gr.B試樣有較好的相容性，對(duì)A508III試樣有一定的緩蝕作用。吳小婷等在實(shí)驗(yàn)室模擬研究了聚丙烯酸分散劑對(duì)PWR核電站二回路水介質(zhì)阻垢性能的影響。結(jié)果表明：PAA黏均分子量為500~5000，PAA對(duì)氧化鐵的阻垢率隨分子量的降低而升高。在50 ℃、常壓條件和高溫、高壓條件下，PAA對(duì)氧化鐵的阻垢率分別達(dá)到100%和80%。制備的聚丙烯酸在高溫高壓（283 ℃、6.7 MPa，模擬SG運(yùn)行工況）條件下幾乎沒有緩蝕作用，但也不會(huì)加速腐蝕，不會(huì)影響SG管系統(tǒng)中金屬的腐蝕行為。

三、分散劑的合成工藝

依據(jù)國外核電站在線添加分散劑的運(yùn)行現(xiàn)狀，核用分散劑主要集中于聚丙烯酸聚合物。首先，商業(yè)上可獲得的非核級(jí)PAA產(chǎn)品中存在一些雜質(zhì)（如硫酸鹽、鈉等），雖然濃度很低，但他們?cè)诤穗姀S中是不可接受的。因此很有必要合成一些純度較高的PAA聚合物產(chǎn)品。其次，PAA聚合程度決定了分子量及其分布狀態(tài)，其用途因分子量大小和分布狀態(tài)而不同。通常，低分子量聚合物主要起分散作用、中等分子量聚合物主要起增稠作用、高分子量聚合物主要起絮凝作用。因此，找到一種滿足核用PAA分散劑的制備方法至關(guān)重要。聚合物PAA的合成方法可分為水溶液法、反向懸浮法、反向乳液法以及新型方法如微波法等，各種聚合方法的特點(diǎn)如下：

水溶液法

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)過程簡單，控溫較好；反應(yīng)介質(zhì)分散均勻，引發(fā)劑引發(fā)效率高，傳熱速率快；反應(yīng)體系簡單純凈，產(chǎn)物雜質(zhì)含量低；產(chǎn)物分子量分布相對(duì)較窄。

缺點(diǎn)：體系含水量較大，單體濃度低，設(shè)備利用率和生產(chǎn)能力低。

反向懸浮法

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)過程簡單，反應(yīng)散熱快、控溫較好；產(chǎn)物雜質(zhì)含量較低，呈固態(tài)粒狀。

缺點(diǎn)：反應(yīng)體系不穩(wěn)定，反應(yīng)中易結(jié)塊、粘壁；產(chǎn)物呈固態(tài)粒狀，分子量高，分子量分布較廣；后續(xù)處理復(fù)雜。

反向乳液法

優(yōu)點(diǎn)：反應(yīng)過程復(fù)雜，不易控制，聚合反應(yīng)速率快；產(chǎn)物呈粉末狀。

缺點(diǎn)：產(chǎn)物分子量高；制備過程和后續(xù)處理比較繁雜。

微波法

優(yōu)點(diǎn)：無需引發(fā)劑；聚合反應(yīng)時(shí)間短；產(chǎn)物純度高。

缺點(diǎn)：反應(yīng)太過劇烈，反應(yīng)中間過程不可控；產(chǎn)物分子量高。

綜合比較，水溶液法制備的最終產(chǎn)物的分子量較低，分子量分布相對(duì)較窄，雜質(zhì)含量低；反應(yīng)溶液易于分散均勻，反應(yīng)過程易于控制，工藝簡單，比較適合用于核用分散劑的制備。

四、結(jié)論和建議

(1) 篩選出一種成熟穩(wěn)定的分散劑，往往需要對(duì)多種分散劑進(jìn)行大量基礎(chǔ)試驗(yàn)，國內(nèi)核用分散劑的研究僅局限于PAA均聚物，建議多點(diǎn)研究并擴(kuò)展到其他類型的分散劑（如丙烯酸與其他單體的共聚物等）。

(2) 國內(nèi)核用PAA分散劑的報(bào)道，多集中于對(duì)設(shè)備的腐蝕行為或金屬類腐蝕產(chǎn)物（如氧化鐵）的排放等，較少涉及分散劑加入后的反應(yīng)過程（如顆粒沉積速率、傳熱速率）及分散劑分解產(chǎn)物分析（如PAA分解產(chǎn)物對(duì)縫隙化學(xué)和材料的影響）等方面的研究。對(duì)分散劑的作用機(jī)理研究也處于機(jī)理推測階段，缺乏深入的驗(yàn)證分析試驗(yàn)。建議系統(tǒng)剖析分散劑在核電應(yīng)用工況下的反應(yīng)過程及作用機(jī)理。

(3) 國內(nèi)市售PAA產(chǎn)品中往往存在一些雜質(zhì)（如硫、鈉等），不能滿足核電相關(guān)要求；典型的PAA水溶液聚合法在合成過程中，或多或少會(huì)留下一些無機(jī)雜質(zhì)；建議選用合成過程中雜質(zhì)控制較好的有機(jī)引發(fā)劑如過氧化氫、過氧化琥珀酸等。此外，聚合物分子量的分布狀態(tài)對(duì)分散效果影響較大，如何合成高純度、分子量分布較窄的PAA聚合物并滿足核電廠使用要求成為關(guān)鍵。

(4) 國內(nèi)核電站中分散劑的應(yīng)用尚處于摸索階段,，持謹(jǐn)慎保守態(tài)度。例如，相較于機(jī)組滿功率運(yùn)行期間分散劑的在線添加應(yīng)用，國內(nèi)機(jī)組更偏向于比較安全保守的應(yīng)用方式（如機(jī)組降功率運(yùn)行階段分散劑的添加）；此外，建議在評(píng)估分析方面除了SG除鐵效率外，需綜合分析分散劑的應(yīng)用對(duì)水化學(xué)常規(guī)指標(biāo)（如電導(dǎo)率、pH）的影響。

五、夢能服務(wù)與支持

1、免費(fèi)樣品

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用于新建項(xiàng)目：驗(yàn)證油漆配套的可行性、檢驗(yàn)附著力、效果圖與實(shí)際顏色的色差。

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申請(qǐng)用量：在1KG以內(nèi)免費(fèi)送貨上門。

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夢能對(duì)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)始終進(jìn)行一系列的標(biāo)準(zhǔn)化管理，從專業(yè)培訓(xùn)到日常報(bào)告的管理都有一整套完善的體系。夢能公司每年都會(huì)對(duì)技術(shù)服務(wù)人員進(jìn)行定期的技術(shù)培訓(xùn)和能力審計(jì)，以使每一位技術(shù)服務(wù)人員保持高水準(zhǔn)的專業(yè)素質(zhì)，每一位技術(shù)服務(wù)人員都配備先進(jìn)的涂裝檢驗(yàn)儀器，儀器設(shè)備均按規(guī)定的時(shí)間期限進(jìn)行定期校驗(yàn)，以保證每套儀器設(shè)備工作狀況良好。

4、購買通道

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