通過組合的溶解與機械的目標換熱器沉積物去除的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明整體上涉及在核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的部件上的沉積物的去除方法，并且具體涉及在環(huán)境溫度下瓦解、溶解、減少和去除在換熱器特別是蒸汽發(fā)生器的表面上形成的垢沉積物。
【背景技術(shù)】
[0002]在封閉的熱傳遞系統(tǒng)中暴露于水或水溶液延長的時間段的金屬表面通常產(chǎn)生垢沉積物和/或變得由這些沉積物覆蓋。例如，在商業(yè)核電廠中，在高溫下的在線操作可引起殼管式換熱器，如壓水反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器通過沉積或原位形成而在其內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件的金屬表面上產(chǎn)生附著的垢和/或沉積物，例如管道、管板和管支承板的二次側(cè)表面。一般地，在壓水反應(yīng)堆的核電廠的操作期間，高溫放射性水從反應(yīng)堆芯通過在蒸汽發(fā)生器的熱交換管的內(nèi)部期間流動，將熱傳遞通過管壁并進入環(huán)繞管的非放射性水。這導(dǎo)致非放射性水沸騰并產(chǎn)生用于發(fā)電的蒸汽。在沸騰過程中，垢和其它沉積物可以積累在管的表面上、管支承板之間的縫隙中、管壁上、和在水平表面上，如管板和管支承板的表面上。垢和沉積物在蒸汽發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)零件上的累積延長的時間段可對蒸汽發(fā)生器的操作性能和完整性產(chǎn)生不利影響。例如，在操作中的核電廠觀察到的問題包括低效率的沸騰熱傳遞，清潔水流(例如在切縫操作期間)的阻塞，并產(chǎn)生流程阻擋區(qū)域，產(chǎn)生局部侵襲性的腐蝕環(huán)境，影響壓力邊界和結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)完整性。
[0003]因此，已開發(fā)各種清潔方法以通過溶解和瓦解沉積物而去除在換熱器的內(nèi)表面上積聚的垢和沉積物，所述換熱器用于產(chǎn)生蒸汽，例如殼管式換熱器，特別是壓水反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器。這種清潔方法可包括化學(xué)清潔，在升高的溫度下使用各種螯合劑，在升高的PH水平采用垢調(diào)理劑，和使用高壓水沖洗。在環(huán)境溫度下這些過程通常導(dǎo)致緩慢的沉積去除速率。此外，反應(yīng)速率受到溫度變化、PH變化、或螯合劑的增加濃度的控制。例如，管板的蒸汽發(fā)生器頂部的沉積物的去除可包括通過如下方式的沉積物的整體溶解和瓦解:利用化學(xué)加成、沖洗、用高速水的污泥吹洗(sludge lance)或在管板上用最小量的水施加超聲波清潔。對于軟沉積物，這一方法是勉強成功的；然而，通過這些方法不會優(yōu)先去除硬化沉積物的局部區(qū)域。此外，對結(jié)構(gòu)材料發(fā)生腐蝕惡化，因為所述施加不是局部化于將溶解過程施加于特定的目標區(qū)域。
[0004]從熱傳遞部件有效去除沉積物對于放射性/非放射性的壓力邊界的長期完整性是有利的。在此描述的實施方案的一個目的是提供從熱傳遞部件(特別是在壓水反應(yīng)堆中的蒸汽發(fā)生器)至少部分溶解、瓦解、減少和/或去除沉積物，如垢及其他沉積物的方法。希望該方法在沒有升高的溫度的情況下是有效的和/或在升高PH條件下是有效的；例如，在操作中的核電廠的常規(guī)加燃料的斷供期的環(huán)境溫度下。此外，希望采用將電化學(xué)和機械局部去除技術(shù)結(jié)合于在常規(guī)的管板頂部的維護日程中從蒸汽發(fā)生器中的管和/或管板至少部分溶解、瓦解、減少和/或去除沉積物的單一步驟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一個方面，本發(fā)明提供用于至少部分地瓦解或去除在核水反應(yīng)堆中的換熱器部件的表面上形成的沉積物的方法。該方法包括進行如下中的至少一種:向沉積物的表面添加有效量的固體形式的單質(zhì)金屬和水，和將陽極或陰極電流局部施加到沉積物的表面。接著，向沉積物的表面施加機械應(yīng)力。在環(huán)境溫度下進行該方法。
[0006]該沉積物可包括選自氧化物垢和腐蝕產(chǎn)物中的一種或多種材料。
[0007]該單質(zhì)金屬可以選自具有對低合金鋼呈陽極的標準電化學(xué)勢的金屬。在金屬和合金的電位序中，所述單質(zhì)金屬的電化學(xué)勢可以比低合金鋼的更加具有活性。單質(zhì)金屬可以選自鋅、招、鎂、鈹、鋰、鐵和它們的混合物。在某些實施方案中，單質(zhì)金屬可以是鋅。
[0008]單質(zhì)金屬可以為選自板坯、粒狀、粉末、膠體和它們的組合的形式。膠體形式可以含有選自微米尺寸的顆粒，納米尺寸的顆粒和它們的組合的顆粒。
[0009]所述方法可包括向單質(zhì)金屬和水添加選自隱蔽劑、螯合劑、分散劑、氧化劑、還原劑和它們的混合物的一種或多種材料。
[0010]可以由工作電極供給陽極或陰極電流。
[0011]機械應(yīng)力可包括流體力學(xué)力或流。它也可包括噴丸式輸送以將陽極單質(zhì)金屬嵌入到沉積物中。
[0012]該方法可以進一步包括從沉積物分離金屬離子，沉淀金屬離子并通過采用選自過濾和離子交換中的方法去除沉淀物。
[0013]該方法可以進一步包括如下之一:純化所瓦解的沉積物，將所述沉積物轉(zhuǎn)移至容納儲槽，向放射性或非放射性廢物系統(tǒng)添加所述沉積物和將所述沉積物輸送至遠離蒸汽發(fā)生器的位置。
[0014]在該方法中，單質(zhì)金屬可以以約0.0lM至約2.0M的摩爾當量存在。隱蔽劑可以選自如下的酸和鹽:正磷酸鹽、多磷酸鹽、1-羥基亞乙基-1，1-二膦酸、以及它們的混合物。螯合劑選自乙二胺四乙酸、羥乙基乙二胺三乙酸、月桂基取代的乙二胺四乙酸、聚天冬氨酸、草酸、谷氨酸、二乙酸、乙二胺-N，N’-二琥珀酸、葡糖酸、葡庚糖酸、N，N’_亞乙基雙-[2-(鄰羥基苯基)]甘氨酸、吡啶二羧酸、次氮基三乙酸(NTA)、它們的鹽和酸，以及混合物。
[0015]換熱器部件可以是在核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的蒸汽發(fā)生器。
[0016]在另一個方面，本發(fā)明提供一種組合物，在最低手孔的高度的下方排空表面蒸汽發(fā)生器時，在該組合物與在核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的蒸汽發(fā)生器的殼側(cè)表面上形成的沉積物接觸時，該組合物對于至少部分地瓦解和溶解沉積物是有效的。該組合物包括含水組分和固體形式的單質(zhì)金屬組分。該組合物對于從沉積物的氧化物晶格分離至少一種金屬離子是有效的。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明涉及用于從換熱器部件的表面例如殼側(cè)至少部分溶解、瓦解、減少和去除沉積物的方法。沉積物包括積聚在換熱器部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)部件的表面上的垢如氧化物垢，尤其是氧化鐵垢，和腐蝕產(chǎn)物。在某些實施方案中，換熱器部件的表面包括在核水反應(yīng)堆(例如壓水反應(yīng)堆)中的核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的蒸汽發(fā)生器形式的管殼式換熱器中的表面，例如換熱器管道和管板。沉積物可包括污染物，如鋁、錳、鎂、鈣、鎳、和/或硅的形態(tài)、以及有害物質(zhì)，包括在管板二次側(cè)的區(qū)域和下部自由跨(freespan)區(qū)域內(nèi)的銅和鉛。
[0018]本發(fā)明整體上包括在環(huán)境溫度下電化學(xué)和機械技術(shù)與至少部分地瓦解、溶解、減少和去除氧化物垢的組合。
[0019]在某些實施方案中，采用對于至少部分地瓦解和溶解在核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中的蒸汽發(fā)生器的殼側(cè)表面上形成的沉積物有效的組合物。在蒸汽發(fā)生器被至少部分地排空，例如在最低的手孔高度的下方時，該組合物與沉積物的表面接觸。該組合物包括含水組分和固體形式的單質(zhì)金屬組分。該組合物對于從該沉積物的氧化物晶格分離至少一種金屬離子有效。
[0020]該方法包括將固體形式的單質(zhì)金屬局部施加到例如在換熱器部件中的至少一個管或管板的位置，所述單質(zhì)金屬具有對低合金鋼呈陽極的電化學(xué)電勢，和與其結(jié)合或在所述施加單質(zhì)金屬之后，將水局部施加到例如至少一個管或管板。任選地，該方法還可以包括添加絡(luò)合劑或者改變PH從而使溶液化學(xué)傳導(dǎo)。單質(zhì)金屬的添加是在沒有升高的溫度，外部熱或工廠施加熱源下進行。單質(zhì)金屬、水和任選的絡(luò)合劑或PH改變對于弱化或瓦解該沉積物的表面或晶格有效。在沉積物表面上的氣體鼓泡的形成有助于瓦解沉積物，其可以包括用陽極金屬浸漬沉積物，以優(yōu)化氣體形成對沉積物結(jié)構(gòu)的沖擊。
[0021]當蒸汽發(fā)生器被排空或部分地填充時，進行單質(zhì)金屬的添加。如果蒸汽發(fā)生器被排空，可以以適當?shù)牧魉俜秶褂靡簯B(tài)或氣態(tài)傳遞方法。如果蒸汽發(fā)生器被部分填充時，可以在水下施加單質(zhì)金屬。
[0022]本方法或發(fā)明還包括將陽極或陰極電流局部或直接施加于換熱器部件的表面上的沉積物，例如施加到定位于其中的至少一個管道或管板?？梢杂晒ぷ麟姌O提供陽極或陰極電流。
[0023]在向沉積物表面添加單質(zhì)金屬和/或施加電流之后，施加機械應(yīng)力以瓦解和去除弱化的沉積物?？梢允褂酶鞣N用于施加機械應(yīng)力的常規(guī)技術(shù)，例如但不限于施加流體力學(xué)力或流。
[0024]單質(zhì)金屬選自具有對低合金鋼呈陽極的標準電化學(xué)勢的公知金屬。在某些實施方案中，在金屬和合金的電位序中，所述單質(zhì)金屬的電化學(xué)電勢比低合金鋼更具有活性。用于本發(fā)明的單質(zhì)金屬的合適的實例包括但不限于鋅、鋁、鎂、鈹、鋰、鐵或它們的混合物。在某些實施方案中，單質(zhì)金屬是鋅。單質(zhì)金屬可以是各種固體或粒料形式，例如但不限于板坯、粒狀、粉末、膠體、以及它們的組合。在其中該單質(zhì)金屬是膠體形式的某些實施方案中，它可以包括微米尺寸的顆粒，納米尺寸的顆粒以及它們的組合。
[0025]將該單質(zhì)金屬局部施加到在換熱器部件的管或管板上形成的沉積物表面，使得沉積物涂覆有單質(zhì)金屬，撞擊單質(zhì)金屬或浸漬有單質(zhì)金屬。在某些實施方案中，換熱器部件是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生器。