通过组合的溶解与机械的目标换热器沉积物去除的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明整体上涉及在核蒸汽供应系统中的部件上的沉积物的去除方法，并且具体涉及在环境温度下瓦解、溶解、减少和去除在换热器特别是蒸汽发生器的表面上形成的垢沉积物。
【背景技术】
[0002]在封闭的热传递系统中暴露于水或水溶液延长的时间段的金属表面通常产生垢沉积物和/或变得由这些沉积物覆盖。例如，在商业核电厂中，在高温下的在线操作可引起壳管式换热器，如压水反应堆的蒸汽发生器通过沉积或原位形成而在其内部结构零件的金属表面上产生附着的垢和/或沉积物，例如管道、管板和管支承板的二次侧表面。一般地，在压水反应堆的核电厂的操作期间，高温放射性水从反应堆芯通过在蒸汽发生器的热交换管的内部期间流动，将热传递通过管壁并进入环绕管的非放射性水。这导致非放射性水沸腾并产生用于发电的蒸汽。在沸腾过程中，垢和其它沉积物可以积累在管的表面上、管支承板之间的缝隙中、管壁上、和在水平表面上，如管板和管支承板的表面上。垢和沉积物在蒸汽发生器的内部结构零件上的累积延长的时间段可对蒸汽发生器的操作性能和完整性产生不利影响。例如，在操作中的核电厂观察到的问题包括低效率的沸腾热传递，清洁水流(例如在切缝操作期间)的阻塞，并产生流程阻挡区域，产生局部侵袭性的腐蚀环境，影响压力边界和结构材料的结构完整性。
[0003]因此，已开发各种清洁方法以通过溶解和瓦解沉积物而去除在换热器的内表面上积聚的垢和沉积物，所述换热器用于产生蒸汽，例如壳管式换热器，特别是压水反应堆的蒸汽发生器。这种清洁方法可包括化学清洁，在升高的温度下使用各种螯合剂，在升高的PH水平采用垢调理剂，和使用高压水冲洗。在环境温度下这些过程通常导致缓慢的沉积去除速率。此外，反应速率受到温度变化、PH变化、或螯合剂的增加浓度的控制。例如，管板的蒸汽发生器顶部的沉积物的去除可包括通过如下方式的沉积物的整体溶解和瓦解:利用化学加成、冲洗、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声波清洁。对于软沉积物，这一方法是勉强成功的；然而，通过这些方法不会优先去除硬化沉积物的局部区域。此外，对结构材料发生腐蚀恶化，因为所述施加不是局部化于将溶解过程施加于特定的目标区域。
[0004]从热传递部件有效去除沉积物对于放射性/非放射性的压力边界的长期完整性是有利的。在此描述的实施方案的一个目的是提供从热传递部件(特别是在压水反应堆中的蒸汽发生器)至少部分溶解、瓦解、减少和/或去除沉积物，如垢及其他沉积物的方法。希望该方法在没有升高的温度的情况下是有效的和/或在升高PH条件下是有效的；例如，在操作中的核电厂的常规加燃料的断供期的环境温度下。此外，希望采用将电化学和机械局部去除技术结合于在常规的管板顶部的维护日程中从蒸汽发生器中的管和/或管板至少部分溶解、瓦解、减少和/或去除沉积物的单一步骤。
【发明内容】
[0005]在一个方面，本发明提供用于至少部分地瓦解或去除在核水反应堆中的换热器部件的表面上形成的沉积物的方法。该方法包括进行如下中的至少一种:向沉积物的表面添加有效量的固体形式的单质金属和水，和将阳极或阴极电流局部施加到沉积物的表面。接着，向沉积物的表面施加机械应力。在环境温度下进行该方法。
[0006]该沉积物可包括选自氧化物垢和腐蚀产物中的一种或多种材料。
[0007]该单质金属可以选自具有对低合金钢呈阳极的标准电化学势的金属。在金属和合金的电位序中，所述单质金属的电化学势可以比低合金钢的更加具有活性。单质金属可以选自锌、招、镁、铍、锂、铁和它们的混合物。在某些实施方案中，单质金属可以是锌。
[0008]单质金属可以为选自板坯、粒状、粉末、胶体和它们的组合的形式。胶体形式可以含有选自微米尺寸的颗粒，纳米尺寸的颗粒和它们的组合的颗粒。
[0009]所述方法可包括向单质金属和水添加选自隐蔽剂、螯合剂、分散剂、氧化剂、还原剂和它们的混合物的一种或多种材料。
[0010]可以由工作电极供给阳极或阴极电流。
[0011]机械应力可包括流体力学力或流。它也可包括喷丸式输送以将阳极单质金属嵌入到沉积物中。
[0012]该方法可以进一步包括从沉积物分离金属离子，沉淀金属离子并通过采用选自过滤和离子交换中的方法去除沉淀物。
[0013]该方法可以进一步包括如下之一:纯化所瓦解的沉积物，将所述沉积物转移至容纳储槽，向放射性或非放射性废物系统添加所述沉积物和将所述沉积物输送至远离蒸汽发生器的位置。
[0014]在该方法中，单质金属可以以约0.0lM至约2.0M的摩尔当量存在。隐蔽剂可以选自如下的酸和盐:正磷酸盐、多磷酸盐、1-羟基亚乙基-1，1-二膦酸、以及它们的混合物。螯合剂选自乙二胺四乙酸、羟乙基乙二胺三乙酸、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’_亚乙基双-[2-(邻羟基苯基)]甘氨酸、吡啶二羧酸、次氮基三乙酸(NTA)、它们的盐和酸，以及混合物。
[0015]换热器部件可以是在核蒸汽供应系统中的蒸汽发生器。
[0016]在另一个方面，本发明提供一种组合物，在最低手孔的高度的下方排空表面蒸汽发生器时，在该组合物与在核蒸汽供应系统中的蒸汽发生器的壳侧表面上形成的沉积物接触时，该组合物对于至少部分地瓦解和溶解沉积物是有效的。该组合物包括含水组分和固体形式的单质金属组分。该组合物对于从沉积物的氧化物晶格分离至少一种金属离子是有效的。
【具体实施方式】
[0017]本发明涉及用于从换热器部件的表面例如壳侧至少部分溶解、瓦解、减少和去除沉积物的方法。沉积物包括积聚在换热器部件的内部结构部件的表面上的垢如氧化物垢，尤其是氧化铁垢，和腐蚀产物。在某些实施方案中，换热器部件的表面包括在核水反应堆(例如压水反应堆)中的核蒸汽供应系统中的蒸汽发生器形式的管壳式换热器中的表面，例如换热器管道和管板。沉积物可包括污染物，如铝、锰、镁、钙、镍、和/或硅的形态、以及有害物质，包括在管板二次侧的区域和下部自由跨(freespan)区域内的铜和铅。
[0018]本发明整体上包括在环境温度下电化学和机械技术与至少部分地瓦解、溶解、减少和去除氧化物垢的组合。
[0019]在某些实施方案中，采用对于至少部分地瓦解和溶解在核蒸汽供应系统中的蒸汽发生器的壳侧表面上形成的沉积物有效的组合物。在蒸汽发生器被至少部分地排空，例如在最低的手孔高度的下方时，该组合物与沉积物的表面接触。该组合物包括含水组分和固体形式的单质金属组分。该组合物对于从该沉积物的氧化物晶格分离至少一种金属离子有效。
[0020]该方法包括将固体形式的单质金属局部施加到例如在换热器部件中的至少一个管或管板的位置，所述单质金属具有对低合金钢呈阳极的电化学电势，和与其结合或在所述施加单质金属之后，将水局部施加到例如至少一个管或管板。任选地，该方法还可以包括添加络合剂或者改变PH从而使溶液化学传导。单质金属的添加是在没有升高的温度，外部热或工厂施加热源下进行。单质金属、水和任选的络合剂或PH改变对于弱化或瓦解该沉积物的表面或晶格有效。在沉积物表面上的气体鼓泡的形成有助于瓦解沉积物，其可以包括用阳极金属浸渍沉积物，以优化气体形成对沉积物结构的冲击。
[0021]当蒸汽发生器被排空或部分地填充时，进行单质金属的添加。如果蒸汽发生器被排空，可以以适当的流速范围使用液态或气态传递方法。如果蒸汽发生器被部分填充时，可以在水下施加单质金属。
[0022]本方法或发明还包括将阳极或阴极电流局部或直接施加于换热器部件的表面上的沉积物，例如施加到定位于其中的至少一个管道或管板。可以由工作电极提供阳极或阴极电流。
[0023]在向沉积物表面添加单质金属和/或施加电流之后，施加机械应力以瓦解和去除弱化的沉积物。可以使用各种用于施加机械应力的常规技术，例如但不限于施加流体力学力或流。
[0024]单质金属选自具有对低合金钢呈阳极的标准电化学势的公知金属。在某些实施方案中，在金属和合金的电位序中，所述单质金属的电化学电势比低合金钢更具有活性。用于本发明的单质金属的合适的实例包括但不限于锌、铝、镁、铍、锂、铁或它们的混合物。在某些实施方案中，单质金属是锌。单质金属可以是各种固体或粒料形式，例如但不限于板坯、粒状、粉末、胶体、以及它们的组合。在其中该单质金属是胶体形式的某些实施方案中，它可以包括微米尺寸的颗粒，纳米尺寸的颗粒以及它们的组合。
[0025]将该单质金属局部施加到在换热器部件的管或管板上形成的沉积物表面，使得沉积物涂覆有单质金属，撞击单质金属或浸渍有单质金属。在某些实施方案中，换热器部件是核蒸汽供应系统的蒸汽发生器。