一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法与流程

本发明涉及压水堆水化学，具体而言，涉及一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法。

背景技术：

1、活化腐蚀产物是压水堆停堆检修期间辐射剂量的主要来源。正常运行工况下，压水堆堆芯外的辐射场80-90 %都是由活化腐蚀产物引起的。一回路结构材料服役过程中会向冷却剂中释放腐蚀产物（通常为fe2+、ni+等），这些释出的腐蚀产物有向堆芯高温区迁移并沉积在燃料包壳表面的倾向。堆芯沉积的腐蚀产物被辐照活化后会再释放进入冷却剂并迁移至堆芯外，在堆芯外形成辐射场，直接影响检修人员的生命健康和安全。

2、压水堆运行经验表明，活化腐蚀产物易在流动加速区域沉积，如管道变径处、阀门及孔板处、蒸汽发生器传热管入口等，这种现象与流动加速区域的电动沉积机制密切相关。如图1所示，为了使管道和冷却剂之间的界面保持电中性，冷却剂中的电荷会重新分布，形成双电层。当冷却剂流动至流速骤变区域时，流体产生的流动电流会迅速增加，并需要由管壁上的电流来平衡，从而在壁面形成局部阳极区。阳极区会吸引并氧化冷却剂中的fe2+，使其转化为难溶的铁氧化物（如fe3o4），并沉积在流动加速区域。另外，不可溶的腐蚀产物也会通过电泳沉积的方式在流动加速区域形成腐蚀产物沉积层。当流体高速流动对腐蚀产物沉积层的减薄效应与腐蚀产物的沉积效应相当时，流动加速区域会形成稳定的堆外辐射源项。

3、目前，流动加速区域腐蚀产物沉积一般通过停堆后的化学清洗将其清除，没有能够在反应堆运行过程中有效缓解流动加速区域腐蚀产物沉积的方法。因此，发明一种能够在不停堆条件下缓解流动加速区域腐蚀产物沉积的方法对于减轻核电厂运行及维修人员辐射剂量而言至关重要。

4、有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

1、现有技术存在的问题为流动加速区域腐蚀产物沉积一般通过停堆后的化学清洗将其清除，缺乏在反应堆运行过程中有效缓解流动加速区域腐蚀产物沉积的方法，为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，通过对流动加速区域施加精确控制的阴极极化，在流动加速区域表面创造一个兼具强还原性和动态清洗作用的环境，从而抑制腐蚀产物的沉积和附着。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，包括如下步骤：

4、s1，确定待保护金属结构上易发生腐蚀产物沉积的流动加速区域；

5、s2，向所述流动加速区域施加阴极极化，将所述流动加速区域电位控制在目标保护电位区间；

6、s3，维持所述阴极极化，抑制流动加速区域腐蚀产物沉积。

7、在某一具体实施方式，步骤s1中，通过在线监测或历史监测的放射性剂量数据，确定所述流动加速区域。

8、在某一具体实施方式，步骤s2中，所述阴极极化通过外加电压或外加电流的方式实现。

9、在某一具体实施方式，步骤s2中，将所述流动加速区域作为阴极，在系统冷却剂中设置辅助阳极，将外加电压或外加电流的负极与阴极区流动加速区域连接，外加电压或外加电流的正极与阳极区辅助阳极连接，通过外加电压或外加电流在阴极和阳极之间施加电压或极化电流，实现对流动加速区域的阴极极化。

10、在某一具体实施方式，步骤s2中，所述目标保护电位区间为使所述流动加速区域的表面状态维持于金属稳定区或析氢反应主导区的电位区间。

11、在某一具体实施方式，步骤s2中，所述目标保护电位区间低于腐蚀产物在该环境下的稳定还原电位。

12、本发明通过向易发生腐蚀产物沉积的流动加速区域持续施加阴极极化，能够使得以下两种腐蚀产物沉积抑制过程持续发挥作用：（1）电化学抑制过程，所述目标保护电位低于腐蚀产物在该环境中的稳定还原电位，在此电位下，迁移至流动加速区域的金属离子（如fe2+）发生的氧化沉积反应受到抑制；（2）流体动力学清洗过程，阴极极化过程会强化流动加速区域的析氢反应，使得流动加速区域表面持续产生氢气气泡，在高速流体的协同作用下，这些气泡的产生、脱离和运动会对流动加速区域表面产生显著地微射流、湍动增强和表面剪切力增大效应，进而达到一种流体动力学清洗效果，阻止沉积层持续增厚，并将松动的沉积层迅速带离表面。

13、在某一具体实施方式，步骤s2中，所述外加电压或外加电流采用恒电位仪或直流电源。

14、在某一具体实施方式，步骤s2中，辅助阳极采用耐蚀导电材料制备，外加电压或外加电流的负极与所述流动加速区域通过导线连接，正极通过导线与辅助阳极相连，所述辅助阳极和导线表面均布置绝缘套管，所述辅助阳极和导线穿过被保护金属表面进入冷却剂中。

15、绝缘套管采用热缩管或耐高温陶瓷，热缩管或耐高温陶瓷应至少覆盖辅助阳极或导线与被保护金属可能接触区域，避免辅助阳极或导线与被保护金属表面直接接触造成短路故障。

16、在某一具体实施方式，步骤s2中，所述流动加速区域位于管道弯头、变径管、换热器管箱或管嘴，所述流动加速区域的前端和后端均涂覆耐高温绝缘涂料，从而圈定管道流动加速区域的阴极保护范围，确保对流动加速区域的保护效果。

17、在某一具体实施方式，还包括步骤s4，实时或定期监测所述流动加速区域的腐蚀产物沉积物体积或放射性剂量，根据监测结果动态调节所述阴极极化的参数。

18、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

19、1、本发明实施例提供的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，通过向易发生腐蚀产物沉积的流动加速区域持续施加阴极极化，能够抑制迁移至流动加速区域的金属离子发生的氧化沉积反应，同时阴极极化过程会强化流动加速区域的析氢反应，使得流动加速区域表面持续产生氢气气泡，在高速流体的协同作用下，气泡的产生、脱离和运动会对流动加速区域表面产生显著地微射流、湍动增强和表面剪切力增大效应，进而达到一种流体动力学清洗效果，阻止沉积层持续增厚，并将松动的沉积层迅速带离表面；

20、2、本发明实施例提供的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，能够减少化学清洗的频率和强度，亦可降低流动加速区域局部腐蚀的风险，从而降低化学清洗带来的设备损伤风险、环保压力及运营成本，提高系统运行的安全性和可靠性；

21、3、本发明实施例提供的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，对管道改造要求小，实施灵活，可操作性强，具有广泛的应用潜力。

1.一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s1中，通过在线监测或历史监测的放射性剂量数据，确定所述流动加速区域。

3.根据权利要求1所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，所述阴极极化通过外加电压或外加电流的方式实现。

4.根据权利要求3所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，将所述流动加速区域作为阴极，在系统冷却剂中设置辅助阳极，将外加电压或外加电流的负极与阴极区流动加速区域连接，外加电压或外加电流的正极与阳极区辅助阳极连接，通过外加电压或外加电流在阴极和阳极之间施加电压或极化电流，实现对流动加速区域的阴极极化。

5.根据权利要求1所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，所述目标保护电位区间为使所述流动加速区域的表面状态维持于金属稳定区或析氢反应主导区的电位区间。

6.根据权利要求5所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，所述目标保护电位区间低于腐蚀产物在该环境下的稳定还原电位。

7.根据权利要求4所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，所述外加电压或外加电流采用恒电位仪或直流电源。

8.根据权利要求4所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，辅助阳极采用耐蚀导电材料制备，外加电压或外加电流采用恒电位仪的负极与所述流动加速区域通过导线连接，所述辅助阳极和导线表面均布置绝缘套管，所述辅助阳极和导线穿过被保护金属表面进入冷却剂中。

9.根据权利要求1所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，步骤s2中，所述流动加速区域位于管道弯头、变径管、换热器管箱或管嘴，所述流动加速区域的前端和后端均涂覆耐高温绝缘涂料。

10.根据权利要求1所述的一种基于阴极极化的流动加速区域腐蚀产物沉积缓解方法，其特征在于，还包括步骤s4，实时或定期监测所述流动加速区域的腐蚀产物沉积物体积或放射性剂量，根据监测结果动态调节所述阴极极化的参数。