[发明专利]一种反应堆换热器的物理化学混合清洗工艺

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种游泳池式反应堆换热器的物理化学混合清洗工艺。

背景技术

游泳池式反应堆简称49-2反应堆，该反应堆的换热器共有两台，其作用是：49-2反应堆运行时，一回路冷却水导出堆芯产生的热量，通过换热器把热量传递给二回路冷却水，以此循环往复的循环换热，实现堆芯的持续冷却。因此这两台换热器是49-2反应堆冷却系统交换热量、保证堆芯充分冷却和安全运行的重要设备。

两台换热器全为不锈钢材质，卧式平放，固定管板列管式结构。两台换热器分别有1224根和1054根传热管，传热管型号一致，均为外径22mm、壁厚2mm、长3m的不锈钢管。运行时，一次冷却水在传热管外侧运行(壳程)，二次冷却水在传热管内运行(管程)。

49-2反应堆一次水冷却系统属于封闭式循环冷却系统。一次冷却水使用的是经过严格处理过的去离子水，水的电导率始终小于2μs/cm，因此一次水冷却系统中不会产生结垢现象，即换热器壳程不结垢。

49-2反应堆二次水冷却系统属于敞开式循环冷却系统。此系统中，冷却水会在换热器的传热部分产生沉积物沉积和结垢现象。沉积物的来源主要有三种：

①由补充水带入的无机盐类，由以下两种原因，在冷却水中析出而附着在传热管表面而形成水垢：

a.运行过程中，冷却水被蒸发浓缩，使一些无机盐的浓度超过其溶解度，并在传热管表面上析出无机盐垢。例如，硫酸钙垢、硅酸镁垢等；

b.冷却水中含有碳酸氢钙，在经过传热管壁时受热分解，放出二氧化碳，生成溶解度很小的碳酸钙垢。

②补充水带入的固体悬浮物(泥沙、尘土和冷却水在冷却塔内从空气中洗涤下来的尘埃)在冷却水运行到传热管时，由于流速降慢而沉降为淤泥。

③补充水或空气中带入的微生物在冷却水中繁殖后形成的微生物黏泥。

49-2反应堆两台主换热器传热管的材质是321不锈钢，这种材料的导热系数为23.26W/(m·K)；传热管内最主要的两种沉积物，碳酸盐垢和泥污的导热系数分别为0.464-0.697W/(m·K)和0.117W/(m·K)，分别仅为321不锈钢导热系数的3％和0.5％左右。因此传热管内附着的沉积物将大大降低换热器的传热能力。

沉积物还会使换热器中冷却水通道的截面变小，从而导致冷却水的流量降低，使换热器的换热能力进一步降低。

沉积物覆盖于传热管表面，为金属材料的垢下腐蚀创造了充分条件，垢下腐蚀会使传热管产生点腐蚀或穿孔腐蚀，发生这种情况会导致一次冷却水泄漏。

为了提高换热器的传热能力，防止设备金属材料腐蚀，因此要对换热器的管程进行定期清洗。49-2反应堆每满功率运行120天左右，就需要对一回路换热器的传热管进行一次清除。

现行的换热器沉积物清洗方法主要有物理清洗法和化学清洗法。物理清洗法是指通过物理的或机械的方法对设备进行清洗的一大类清洗方法。常用的物理清洗方法有：捅刷、吹气、刮管器清洗、胶球清洗等。不同物理清洗设备的清洗效果不同，且设备通用性较差，一种设备只能针对一种或几种结构的换热器进行清洗。化学清洗是通过化学药剂的作用使被清洗设备中的沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的一大类清洗方法。这两大类方法通常配合或交替使用。

从七十年代起，49-2反应堆就开始采用化学清洗方法清洗换热器。化学清洗是通过化学药剂使传热管中的沉积物溶解、疏松、脱落或剥离的一种清洗方法。49-2反应堆采用的化学清洗剂一直是硝酸。

浓硝酸是一种强氧化性酸，化学清洗使用的是经过稀释后的稀硝酸。稀硝酸清洗液可以去除传热管内的腐蚀产物和碳酸盐水垢。在稀硝酸清洗液中加入缓释剂，可使清洗剂对不锈钢传热管的腐蚀速度变为极低。清洗时，硝酸与水垢发生化学反应，生成易溶于水的钙、镁硝酸盐而把水垢清洗掉。用稀硝酸加缓释剂清洗换热器的方法，属于停车后单台设备的循环式酸清洗方法。

因受老式清洗设备条件的限制，无法一次同时清洗两台换热器，只能对两台换热器进行分次清洗，这增加了换热器清洗的时间。

清洗过程采用循环酸洗液方法：将清洗液储存槽和换热器之间连接上循环泵和管道，形成一个闭合回路，使清洗液不断循环，沉积物在不断受到新鲜清洗液的化学作用和冲刷作用下溶解或脱落，达到去除沉积物的作用。

硝酸清洗方法主要存在以下三点缺点：

①水垢清除效率低