[發明專利]一種向壓水反應堆中的水冷卻劑中添加有機化合物的方法

有效

• 申請號: 200910159590.1
• 申請日: 2009-06-09
• 公開（公告）號: CN101853707A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: W·M·科納;R·德威托
• 申請（專利權）人: 西屋電氣有限責任公司
• 主分類號: G21C15/28
• 分類號: G21C15/28;G21C1/00
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 柳冀

發明背景

技術領域

本發明總體上涉及將有機化合物添加到壓水反應堆中的水冷卻劑中的方法，更具體地，涉及將有機化合物添加到通過壓水反應堆的初級回路的水冷卻劑中的方法。

發明背景

污垢是在裝置操作過程中，當初級回路例如反應堆冷卻劑系統(RCS)中的結構材料暴露于水冷卻劑如反應堆冷卻劑時形成的腐蝕產物的結果。這些腐蝕產物隨后被釋放到冷卻劑中并能沉積在反應堆堆芯的燃料上。隨著堆芯污垢沉積物厚度的增加，與干凈表面的傳熱相比，傳熱減小。傳熱表面的溫度升高，增加了覆層腐蝕。使燃料覆層腐蝕最小化對于確保覆層能夠在裝置的整個操作期間保持完整性是重要的。它也是燃料棒和反應堆堆芯設計中重要的考慮因素。歷史上，在耐腐蝕材料的選擇、化學控制添加劑的開發和裝置操作實踐方面做出了大量的努力，以使反應堆堆芯中的污垢形成和污垢沉積最小化。

當以硼酸的形式存在的硼在堆芯污垢沉積物中積累至足以抑制局部中子通量的高濃度時，會發生污垢引起的功率變化(CIPS)，其中硼酸是反應堆冷卻劑添加劑，用來控制商業核動力裝置例如壓水反應堆(PWR)中的反應性。這導致了由硼沉積物引起的軸向功率分布變化。在不同的商業PWR的能量運行中，CIPS的出現被歸結為PWR堆芯的上部延伸體(spans)中的足夠厚的局部腐蝕產物沉積物，其位置與最高的反應蒸發速率預計發生的位置一致。局部厚污垢沉積物還會減少傳熱并提高燃料覆層溫度，這會導致污垢引起的局部腐蝕(CILC)并可能導致燃料失效。

向PWR的反應堆冷卻劑中注入可溶性鋅添加劑已經用于減小輻射區域、一般的腐蝕控制和緩解初級水應力腐蝕開裂(PWSCC)的目的。在PWR系統中，水用作反應堆冷卻劑。水通過泵循環穿過初級回路，即RCS，其包括容納產生熱量的反應堆堆芯的壓力容器和多個流體回路。初級回路的水通常含有用來控制反應性的硼酸、用來提供還原條件的氫和用來將pH值保持在目標控制范圍的添加劑。當在PWR中采用“鋅添加劑”時，醋酸鋅是加入到反應堆冷卻劑中的優選添加劑。使用醋酸鋅是可取的，因為醋酸根陰離子允許鋅以可溶的形式提供，并且該陰離子及其分解產物最少或者沒有表現出對RCS中結構材料的不利影響。以可溶的醋酸鋅的形式加入鋅已經在很多商業PWR電廠使用。

作為向PWR的反應堆冷卻劑中添加醋酸鋅的結果，已經在堆芯外關停輻射場(ex-core?shutdown?fields)和堆芯污垢沉積物的不同特征中觀察到了一些想要的變化。然而，加入醋酸鋅可能導致一些不同的操作和/或設計挑戰。希望找到一種能夠添加到水冷卻劑中產生元素碳的反應堆冷卻劑添加劑。此外，還希望找到可以調節堆芯污垢沉積物的反應堆冷卻劑添加劑。而且，希望找到一種能夠使污垢沉積物的沉積和形態產生有益變化卻沒有已知添加劑的潛在挑戰的反應堆冷卻劑添加劑。這種添加劑將希望用于在全世界范圍內使用水反應堆堆芯設計的各種發電廠。

因此，進一步希望開發用于調節堆芯污垢沉積物的方法，該方法導致堆芯污垢沉積物具有以下特征的至少一個：(i)形態發生變化，例如污垢是顆粒更細的和/或不那么良好結晶的，(ii)沉積形式發生變化，例如污垢更薄和/或分布更均勻，(iii)停留時間降低，例如污垢在堆芯上的停留時間更短，和(iv)組成發生變化，例如污垢具有更高的碳含量。此外，希望開發能夠抑制CIPS和/或CILC和/或一般的覆層腐蝕和/或水反應堆中燃料失效的方法。

發明概述

在本發明的一方面，提供了一種用于具有初級回路和反應堆堆芯的壓水反應堆的方法。該方法包括向通過所述壓水反應堆的初級回路的水冷卻劑中添加足量的用來產生元素碳的有機化合物，所述有機化合物包括碳元素和氫元素。

所述有機化合物還可包括選自氧、氮的元素，以及它們的混合物。

元素碳的當量添加速率可保持在約1mg/小時至約10g/小時范圍內。

所述水反應堆可以是核反應堆。水冷卻劑可以在核反應堆的反應堆冷卻劑系統內。

所述有機化合物可選自有機酸、醇、胺、醛、酮和它們的混合物。所述有機化合物可選自醋酸、甲醇、乙醇、乙胺、乙醇胺和它們的混合物。所述有機化合物能充分可溶。

所述方法可進一步包括在反應堆堆芯產生腐蝕產物沉積物，其包含占該沉積物約15wt％～約20wt％的元素碳。

反應堆堆芯內來自伽馬射線和中子的輻射水平至多可為約4000Mrad/小時。反應堆堆芯中的氫濃度可以大于0cc/kg或為約25～約50cc/kg。

所述有機化合物可以連續加入或分批加入。

所述有機化合物可為高純度形式。