【技术实现步骤摘要】
本专利技术总体上涉及将有机化合物添加到压水反应堆中的水冷却剂中的方法，更具 体地，涉及将有机化合物添加到通过压水反应堆的初级回路的水冷却剂中的方法。专利技术背景污垢是在装置操作过程中，当初级回路例如反应堆冷却剂系统(RCS)中的结构材 料暴露于水冷却剂如反应堆冷却剂时形成的腐蚀产物的结果。这些腐蚀产物随后被释放到 冷却剂中并能沉积在反应堆堆芯的燃料上。随着堆芯污垢沉积物厚度的增加，与干净表面 的传热相比，传热减小。传热表面的温度升高，增加了覆层腐蚀。使燃料覆层腐蚀最小化对 于确保覆层能够在装置的整个操作期间保持完整性是重要的。它也是燃料棒和反应堆堆芯 设计中重要的考虑因素。历史上，在耐腐蚀材料的选择、化学控制添加剂的开发和装置操作 实践方面做出了大量的努力，以使反应堆堆芯中的污垢形成和污垢沉积最小化。当以硼酸的形式存在的硼在堆芯污垢沉积物中积累至足以抑制局部中子通量的 高浓度时，会发生污垢引起的功率变化(CIPS)，其中硼酸是反应堆冷却剂添加剂，用来控制 商业核动力装置例如压水反应堆(PWR)中的反应性。这导致了由硼沉积物引起的轴向功率 分布变化。在不同的商业PWR的能量运行中，CIPS的出现被归结为PWR堆芯的上部延伸体 (spans)中的足够厚的局部腐蚀产物沉积物，其位置与最高的反应蒸发速率预计发生的位 置一致。局部厚污垢沉积物还会减少传热并提高燃料覆层温度，这会导致污垢引起的局部 腐蚀(CILC)并可能导致燃料失效。向PWR的反应堆冷却剂中注入可溶性锌添加剂已经用于减小辐射区域、一般的腐 蚀控制和缓解初级水应力腐蚀开裂(PWSCC)的目的。在P...
【技术保护点】
一种用于带有初级回路和反应堆堆芯的压水反应堆的方法，包括：向通过所述压水反应堆的初级回路的水冷却剂中添加足量的用来产生元素碳的有机化合物，所述有机化合物包括碳元素和氢元素。
【技术特征摘要】
US 2009-3-31 12/414,748中所使用的，CIPS是指作为硼在燃料经受过冷却的泡核沸腾 的区域中浓缩/沉积在腐蚀产物沉积物内的结果，堆芯轴功率的变化，其大于或等于预计 的堆芯轴功率的百分之三(3%)。积累在反应堆堆芯中厚的腐蚀产物沉积物中的硼，会导 致中子通量的局部抑制，这会轴向改变功率。这使反应堆操作者的控制变得复杂，并且在 CIPS严重的情况下，可能限制工厂不到100%的额定输出功率。随着堆芯污垢沉积物厚度 的增加，传热表面的温度会升高，增加了通常的覆层腐蚀。局部厚污垢沉积物能够导致CILC 和可能的燃料失效。本发明的方法涉及将有机化合物添加到压水反应堆的水冷却剂中。水冷却剂通过 压水反应堆的初级回路。该方法可以用来改变在水冷却剂中循环和/或在反应堆堆芯中形 成膜或沉积物的腐蚀产物(即污垢)。此外，向水冷却剂中添加所述有机化合物导致元素碳 的产生(例如在反应堆堆芯、初级冷却剂和/或其中的腐蚀产物中)。尽管不希望受任何特 定理论的约束，据信元素碳是通过当达到临界点时反应堆堆芯中的高辐射水平和反应堆冷 却剂中溶解的氢浓度的合并作用而由所述添加剂产生的。在一个实施方案中，堆芯中的辐 射水平和反应堆冷却剂中溶解的氢浓度各自保持在PWR运行的工业标准范围之内。在另一 个实施方案中，在运行中的反应堆堆芯中，来自伽马射线和中子的辐射水平能够至多达约 4000Mrad/小时。在其他实施方案中，反应堆堆芯中溶解的氢浓度能够大于Occ/kg，或为约 25 约 50cc/kg。进一步认为堆芯内辐射场辐射分解了有机分子，和由氢产生的还原条件，表观为 名义上的PWR化学控制规范，导致由有机结合的碳产生的自由基物种的一部分作为元素碳 而沉积。向反应堆冷却剂中加入醋酸锌能够降低堆芯外辐射场，减缓在合金600中PWSCC 的产生和蔓延，并产生具有更短的堆芯停留时间和更高的碳含量的更薄的、晶粒更细的、更 均勻分布的堆芯污垢沉积物。在本发明中，向反应堆冷却剂中加入有机添加剂，例如以足以 产生元素碳的量加入，能够改变堆芯污垢沉积物的形态和沉积物形式，以产生具有更短的 堆芯停留时间和更高的碳含量的更薄的、晶粒更细的、结晶不那么好的、分布更均勻的堆芯 污垢沉积物，同时还对堆芯外氧化物膜的影响最小化或者没有影响，还不用添加锌。根据本发明，向压水反应堆的水冷却剂例如反应堆冷却剂中添加有机化合物。适 合的有机化合物包括本领域已知的那些有机化合物，其至少由碳和氢组成。在一个实施方 案中，所述有机化合物也可包括氮、氧和它们的混合物。因此，在备选的实施方案中，用于本 发明中的有机化合物可包括至少含有碳和氢、或者至少含有碳、氢和氧、或者至少含有碳、 氢和氮、或者至少含有碳、氢、氧和氮的那些。在优选的实施方案中，添加剂与水冷却剂是易 混溶的或充分溶解在水冷却剂中。然而，可使用甚至不可混溶的或仅微溶的有机添加剂，其 中添加速率的较差的控制是可以接受的。本发明中应用的适合的有机化合物的非限制性例 子包括有机酸，例如但不限于醋酸；醇，例如但不限于甲醇和乙醇；醛；胺；酮和它们的混合 物。其它的非限制性例子可以包括可溶的或微溶的有机化合物，其至少含有碳和氢和任选 的氧，例如但不限于醋酸乙酯，和/或含有任选的氮，包括有机胺，例如但不限于乙胺和乙 醇胺。在一个实施方案中，使用高纯度形式的有机化合物是符合将PWR的反应堆冷却剂的 任何添加剂中的杂质限制到合理实现的低水平(ALARA)的标准工业实践的。可以使用很多常规的已知方法将所述有机化合物添加到水冷却剂中，例如但不限 于注入。能够例如分批或连续地进行加入。在一个非限制性实施方案中，将有机化合物连续注入到反应堆冷却剂中。此外，在一个非限制性实施方案中，注入能够在动力运行期间进 行。有机化合物以足以产生元素碳的速率注入到反应堆冷却剂中。在一个实施方案中，有 机化合物的注入速率足以产生元素碳，该元素碳的量有效地改变堆芯污垢沉积物的形态和 沉积形式，如本文以上所述。在一个实施方案中，有机化合物以足以提供保持在约lmg/小 时 约10g/小时范围内的元素碳当量加入速率的速率注入到反应堆冷却剂中。以该特定 范围内的速率注入所述有机化合物能够足以在反应堆堆芯中产生腐蚀产物沉积物，该腐蚀 产物沉积物含有占该沉积物约15wt% 约20wt%的元素碳。在不想被任何特定理论所约束的情况下，认为在反应堆堆芯覆层上和在发展中的 堆芯污垢沉积物上沉积元素碳有利地影响了堆芯污垢沉积物的形态和沉积形式，例如减小 了发生CIPS/CILC的风险，和/或减少了一般的燃料覆层腐蚀和燃料失效。进一步认为，有 机添加剂的存在用来调节和控制堆芯污垢的保留和释放以使CIPS/CILC的可能性最小化 并减少一般的燃料覆层腐蚀和燃料失效。例如，在动力运行期间，以有效地产生有效量的元 素碳的速率或以有效的速率或以预定特定范围内的速率将有机化合物注入到反应堆冷却 剂中，能够产生具有至少一种所需的特征的堆芯腐蚀产物沉积物，所述特征例如但不限于 (i)形态发生变化，例如污垢是颗粒更细的和/或不那么良好结晶的，(ii)沉积形式发生变 化，例如污垢更薄和/或分布更均勻，(iii)停留时间缩短，例如污垢在堆芯上的停留时间 更短，和(iv)组成发生变化，例如污垢具有更高的碳含量。这些变化是与在名义上的PWR 反应堆冷却剂化学运行条件下产生的堆芯腐蚀产物沉积物相比校的。醋酸锌添加剂评价醋酸锌添加剂已经越来越多地应用于PWR中以降低堆芯外辐射场并向RCS压力 边界结构和RCS内的结构部件中所使用的奥氏体不锈钢和镍基合金提供PWSCC保护，如 在以下文献中所讨论的Pressurized Water ReactorPrimary Water Zinc Application Guidelines, EPRI, PaloAlto, CA :2006. 1013420。在A工厂在第10循环过程中首先使用锌 添加剂之后，在更换燃料停堆过程中的堆芯目视检查表明，在燃料部件的整个高度上具有 外观均勻的黑色沉积物，如在以下文献中所描述的Evaluation of Zinc Additionto the Primary Coolant of PWRs. EPRI,Palo Alto，CA :0ctoberl996. TR-106358，卷 1。对通过敲 击从这些燃料部件上取下污垢样品进行测量后表明，即使在预计最大过冷却的泡核沸腾和 通常观察到最大污垢厚度处的最热延伸体中，与该工厂之前运行的循环相比，污垢沉积物 极薄(小于0.5i!m)。该污垢的视觉外观被描述为不同寻常的。该A工厂循第10循环燃料沉积物也被描述为与形成在没有使用醋酸锌添加剂的 堆芯上的燃料污垢沉积物不同。要指出的是，这种乌黑状的沉积物容易通过取样工具除去， 并不象没有使用醋酸锌添加剂的堆芯上的污垢那样顽固。这种污垢的停留时间计算表明， 这些沉积物停留在堆芯的时间是该工厂以前没有添加醋酸锌时的操作循环中污垢停留时 间的约一半长。已进行了如文献 Evaluation of Fuel Clad Corrosion ProductDeposits and Circu...
【专利技术属性】
技术研发人员：WM科纳，R德威托，
申请(专利权)人：西屋电气有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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