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乙醇胺的热稳定性试验研究及其在核电站二回路系统的应用(1)

北极星电力网技术频道    作者:曹松彦 孙本达 黄万启 西安热工研究院有限公司   2012/7/6 18:23:05   

  所属频道:  核电    关键词:  核电站 ETA 二回路

[摘 要] 本文介绍了乙醇胺热稳定性的实验室试验研究结果及其在核电站二回路系统的实际应用情况。

1 前言

乙醇胺(ETA)是一种有机胺,分子式为 NH2CH2CH2OH,分子量为61.1,25℃的电离常数为3.2×10-5,碱性比氨(其电离常数为1.8×10-5)的碱性稍强。有关资料显示,ETA在25℃、150℃和300℃下的汽水分配系数分别为0.01、0.26和0.66,即在300℃以下,ETA的汽水分配系数均小于1,即在水中的分配比例远大于在汽相的分配比例。因此,国外曾经对ETA代替氨作为核电站二回路系统碱化剂进行过相关研究与应用。国外研究结果表明, ETA能够提高汽、水相变部位初凝水的pH值,可降低各抽汽管道的流动加速腐蚀,降低水汽系统腐蚀产物的生成与迁移量。然而,我国尚未进行这方面的研究。核电是牵扯公共安全的大事,必须进行严格的试验后才可使用。首先要弄清ETA高温条件下热分解速率有多大,热分解产物是否会给热力系统带来不利影响,这是目前化学工作者们对有机胺的应用过程中比较关注的重点问题,也是影响其推广应用的关键因素之一。本文通过实验室试验和现场试验研究,对ETA热稳定性及其在核电站二回路系统的应用情况进行了总结与分析。

2 实验室试验及结果

2.1 试验及测试方法

采用高压釜对ETA进行加热分解,将一定浓度的ETA溶液(10mg/L),加入高压釜釜体中,用高纯氮除氧,使溶解氧浓度在10μg/l以下,模拟核电PWR二回路系统最高运行参数(约270℃、5.5Mpa)条件,进行高温高压热分解试验。ETA及其分解产物含量采用ICS-2000离子色谱仪进行检测。

2.2 试验结果与讨论

将各组空白纯水和ETA溶液加热升温至270℃后,分别保持一定的恒温时间,然后空气冷却,对溶液进行分析测试,具体试验结果见表1、表2。

试验结果显示,在高压釜中缓慢升温至270℃,随后立即冷却降温时(保持恒温时间0min),ETA的分解率约为2.90%。随着恒温时间的延长,ETA的分解率也增加。

需要指出的是,高压釜电加热时,升温速率比较慢,约需140min~150min左右。而核电站PWR二回路系统中,给水从精处理出口至蒸汽发生器加热过程中仅需要2min,也就是说,实验室电加热升温时间约为PWR二回路系统循环加热时间的75倍,因此实验室高压釜测得的ETA热分解率要高于现场实际运行时ETA的热分解率,如果按热分解率与时间成正比的关系推算,ETA在二回路给水系统中的热分解率约为2.9%÷75=0.04%。同样,在蒸汽发生器(SG)内停留时间(循环1倍)约为2min,推算其热分解率约为0.5%~0.6%。这样的热分解率不会影响其作为核电站二回路碱化剂。

ETA在270℃高温分解产物含量测试结果见表2所示。分析结果表明,ETA的热分解产物可测知的主要为NH3和其他低分子有机酸如甲酸、乙酸、乙醇酸等。试验结果显示,随着加热时间的延长,热分解产物中氨的含量增加幅度较大,而其他可检测到的低分子有机酸含量的升高幅度相对较小。在270℃恒温保持60min条件下,热分解产物中氨的物质的量浓度约为10μmol/L,约是已测有机酸的物质的量浓度总和(约为2μmol/L)的5倍。因此推测ETA在270℃度热分解时,热分解产物可能还有二氧化碳或其他低分子有机酸。

ETA热分解产物之一的氨,尽管含量相对较高,但属于碱化剂,因此对系统不会有任何危害。而国内外相关研究已表明,水汽系统中少量的有机酸对pH值的影响很小,有机酸本身也不会引起汽轮机、SG的腐蚀。因此,从ETA的稳定性及其分解产物来看,是可以满足核电站二回路系统运行要求的。

来源:电厂化学 2011 学术年会论文集
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