[发明专利]一种缓解压水堆一回路结构材料应力腐蚀的方法

说明书

技术领域

本发明属于反应堆工程应力腐蚀技术领域，具体涉及一种缓解压水堆一回路结构材料应力腐蚀的方法。

背景技术

核电站反应堆关键部件采用的材料主要包括镍基合金、低合金钢、不锈钢和锆合金等。但选用的材料随堆型不同也有一定差异，比如压水堆中镍基合金传热管占到一回路表面积的75％左右，而沸水堆关键部件结构材料主要为不锈钢和低合金钢。这些材料在高温、高压、高辐照等苛刻运行环境下，会产生多种形式的腐蚀损伤，包括应力腐蚀破裂(SCC)、腐蚀疲劳(CF)、晶间腐蚀、点蚀、磨蚀、流动加速腐蚀(FAC)等，其中以SCC为代表的环境促进开裂(EAC)和辐照促进应力腐蚀破裂(IASCC)最为突出。

为了缓解和抑制压水堆结构材料的应力腐蚀，国际上通常采用向一回路冷却剂中加氢和加锌的方法。但是向一回路冷却剂中加氢操作比较危险、不易控制氢气在堆内的分布，成本也比较高，还容易引起包壳材料尤其是锆合金的吸氢腐蚀；向一回路冷却剂中加锌，需要对锌进行贫化处理，成本高并且锌有可能会引起腐蚀产物在锆合金的表面沉积。近年来，国外有些研究机构开展在热停堆工况下向沸水堆一回路中添加贵金属以抑制结构材料的应力腐蚀的研究，由于贵金属能够在结构材料表面覆盖一层贵金属纳米颗粒保护层，这就能使结构材料表现出贵金属的电化学特性，降低结构材料电化学腐蚀电位，从而抑制结构材料的应力腐蚀裂纹萌生和开裂，但是并没有公开贵金属的加入种类、加入速率和位置等参数。目前还没有向压水堆一回路中添加尤其是在线添加贵金属的公开报道。由于压水堆运行的温度、压力和pH调节较沸水堆更加复杂，并且压水堆和沸水堆的主体结构差异较大，所以急需研制一种向压水堆一回路添加贵金属以缓解结构材料应力腐蚀的方法。

发明内容

(一)发明目的

根据现有技术所存在的问题，本发明提供了一种可缓解压水堆一回路结构材料表面的电化学腐蚀电位、提高结构材料抗应力腐蚀能力并延长结构材料使用寿命的方法。

(二)技术方案

为解决现有技术所存在的问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种缓解压水堆一回路结构材料应力腐蚀的方法，该方法为：

向压水堆一回路的冷却剂内加入贵金属盐溶液，其中贵金属盐溶液在冷却剂中的浓度范围为10-1000μg/kg，注入量为1～100μg/天；所述贵金属盐溶液为Pt、Rh的单独盐溶液或二者的混合盐溶液。

优选地，贵金属盐溶液是按照以下方式和步骤加入的：

1)在热停堆工况下，向压水堆一回路冷却剂中加入贵金属盐溶液；然后在堆正常运行工况下，使用一个或多个电化学测试系统监测压水堆一回路的电化学腐蚀电位，当监测的任一电化学腐蚀电位大于-300mV(标准氢电极电位)，再次持续加入贵金属盐溶液；所述贵金属盐溶液为Pt、Rh的单独盐溶液或者二者的混合盐溶液。

2)待监测的压水堆一回路电化学腐蚀电位均下降至-400mV(标准氢电极电位)后，停止注入贵金属盐溶液；

3)当监测的任一电化学腐蚀电位升高10mV时(标准氢电极电位)，加入贵金属盐溶液至电化学腐蚀电位下降至-400mV以下；

4)重复步骤2、3，使电化学腐蚀电位下降至-400mV以下(标准氢电极电位)。

优选地，电化学测试系统位于上充系统、堆芯、主管道处以及主蒸汽发生器排污口处。

优选地，当贵金属盐溶液为Pt、Rh的混合溶液时，Pt和Rh的比例为1:1～1:10。

优选地，贵金属盐溶液在冷却剂中的浓度范围为200μg/kg，注入量为20μg/天。

优选地，所述Pt、Rh的盐溶液分别为六羟基铂酸钠溶液和六羟基铑酸钠溶液。

优选地，所述贵金属盐溶液是通过上充系统或独立注入系统加入的。

优选地，所述独立注入系统包括贵金属盐溶液储罐、高精度微计量泵、循环泵。

优选地，电化学测试系统主要包括电化学工作站、工作电极、Cu/CuO参比电极和Pt片辅助电极。

(三)有益效果

本发明提供的方法是向压水堆一回路冷却剂中添加Pt、Rh的单独盐溶液或者二者的混合盐溶液以缓解结构材料的应力腐蚀，避免了传统的加氢和加锌操作带来的弊端，也解决了在线加入贵金属盐溶液的问题，可以有效降低结构材料表面的电化学腐蚀电位，提高结构材料抗应力腐蚀能力，延长结构材料在高温高压水环境下的使用寿命，从而提高了高温高压水系统运行的经济性和安全性。具体解释为：